Yeşil Floresan Protein (GFP)


Gülşah Sevimli - Sabancı Üniversitesi, Moleküler Biyoloji, Genetik ve Biyomühendislik

Bilim dünyasında Nobel Ödülü ile taçlandırılan ve laboratuvarlarda yapılan araştırmalarda vazgeçilmez bir parça haline gelen floresan proteinler; belirsiz, iyi anlaşılmamış biyokimyasal reaksiyonların incelenmesine, araştırmacıların hücre ve organizmalarda meydana gelen mekanizmaları somut olarak görmesine olanak sağlayarak hücre biyolojisinde devrim yaratmıştır. Biyolüminesan canlılarda doğal olarak bulunan yeşil floresan proteinler (GFP) ışık veren proteinlerdir.[1] Bu organizmalar uzun süredir bilinmesine rağmen bu kimyasal reaksiyonlar sonucu parlayan olaya neyin neden olduğu 1960’larda Osamu Shimomura’nın kristal denizanası olarak bilinen Aequorea victoria’da gözlenen biyolüminesan özellikleri incelenmesiyle başlamıştır. Bu canlı tarafından yayılan bu yeşil parıltıyı incelemek için Shimomura, Pasifik Okyanusu kıyılarından çok sayıda denizanası örneği toplamıştır. Aequorea victoria’nın şemsiyeye benzer yapısı altında hafif yeşil ışıkla parlayan bir halka bulunmaktadır. Shimomura, bu örneklerdeki parlak halkaları keserek denizanalarının fotoorganlarından iki proteini izole etmiştir. Bu iki proteinden biri olan ‘aequorin’, kalsiyum (Ca+2) iyonu tarafından kontrol edilir. Kalsiyumun aequorine bağlanması üç boyutlu yapısında değişikliğe sebep olarak enzimatik aktivasyon ile küçük bir molekülün (coelectrozine) oksitlenmesine sebep olur. Gerçekleşen bu enzimatik reaksiyon sonucu soluk mavi bir ışık yayılır. İzole edilen ikinci önemli protein olan ve aequorin ile beraber çalışan GFP ise, mavi ışığı emerek yeşil renk yayılmasını sağlar.


Floresan proteinin keşfinden sonra, 1980’lerin sonunda Douglas Prasher bu proteinlerin gen transkripsiyonunu ölçmek ve protein lokalizasyonlarını izlemek için kullanılabileceği fikrini öne sürerek yaptığı çalışmalar sonucunda yeşil floresan proteini kodlayan geni inceledi ve 1992 yılında floresan proteinin dizisini bildirdi. Bu önemli gelişmenin ardından 1994 yılında Martin Chalfie yaptığı çalışmalar ile bu floresan protein dizisinin verdiği ışımayı yapacak olan reaksiyonların kendi içerisinde yeterli olduğunu göstererek başka canlılar içerisinde de (E.Coli ve C. Elegans) etkili olarak kullanılabileceğini gösteren ilk kişiydi. Art arda gelen bu önemli gelişmeler floresan protein üzerindeki merakı arttırarak potansiyelinin fark edilmesine yol açtı. Böylece yapılan önemli gelişmelere biyokimyacı Roger Yonchien Tsien tarafından yapısının tanımlanması, işlevini değiştirerek farklı varyantlarının ortaya çıkarılmasına neden olan mutasyonların keşfi eklendi. Yapılan tüm bu önemli gelişmeler sonucu hücre biyolojisi başta olmak üzere birçok alana katkısı olan bilim insanları Osamu Shimomura, Martin Chalfie ve Roger Y. Tsien 2008 yılında Nobel Kimya Ödülü’nü almaya hak kazandı. Bu olay floresan proteinlerinin önemini daha da arttırarak geniş alanlarda kullanımının yayılmasına neden oldu.


238 amino asitten oluşan yaklaşık 27 kDa’luk bir protein olan GFP, görünür spektrumunun yeşil kısmında emisyon (yayılma) dalga boyuna sahiptir. [2] Floresan, ışığı emen bir madde tarafından ışığın yayılmasıdır. Yayılan ışık, uyarılan ışığın dalga boyundan daha uzun bir dalga boyuna sahiptir. Bu da proteinin merkezinde bulunan tripeptit sekansının (serin-tirozin-glisin) halkalı yapı oluşturma, dehidrasyon ve oksidasyon tepkimelerini içeren olgunlaşma (maturation) reaksiyonu sonucu kromofor oluşumunu sağlar. GFP’nin yapısında bulunan kromoforun hiçbir ek faktöre ihtiyaç duymadan (oksijen varlığı hariç) kendiliğinden oluşması başka canlılar içerisinde ifade edilebilmesine olanak tanımıştır. Bu proteinin canlı içerisindeki biyolojik fonksiyonu belirlenememiş olsa da, ışık sinyali ve zararlı radyasyondan korunmada canlı üzerinde etkisi olduğu bilinmektedir. Çalışma alanlarında floresan proteinlerin birer etiket görevi gördüğü düşünüldüğünde gerçek fonksiyonundan ayrı bir amaca hizmet ettiği görülmektedir.


Floresan proteinler çeşitli alanlarda kullanılmaya uygundur. Bu moleküllerin yaydıkları ışığın tespitinin ve ölçümünün kolay olması, diğer kimyasal belirteçlere göre toksisiteye sebep olmadan canlı hücrelerde ekspresyon edilerek fizyolojik süreçlerin incelenebilmesi ve başka proteinler ile kaynaşması sonucu aktivasyonunun değişmemesi kullanım alanının oldukça yayılmasına sebep olmuştur.


Yapılan çalışmalarda belirteç görevi gören floresan proteinler; hücre içerisindeki gen ifadelerinin floresan yoğunluğuna bağlı olarak ölçülerek tespit edilmesine, önemli hedef moleküllere kaynaştırılmış olan floresan proteinin lokalizasyonunun canlı hücre içerisinde görselleştirilmesine, protein mühendisliği sonucu oluşturulan yeni varyantların hücre içerisindeki aktivite ve ekspresyonlarının incelenmesine büyük ölçüde katkı sağlar. Ayrıca Tsien’in genetik kodlanmış biyosensörlerin gelişmesine katkı sağlayan çalışmalarından sonra, iyonlar ve sinyal molekülleri gibi küçük yapıların floresan yoğunluğuna bağlı olarak konsantrasyonlarının belirlenmesi mümkün hale gelmiştir.


Floresan protein ile ilgili yapılan önemli gelişmelerden biri de yeşil floresan proteinin protein mühendisliği yardımıyla mavi (blue), camgöbeği (cyan) ve sarı (yellow) tonlarının oluşturulmasıdır. Sırasıyla BFP, CFP ve YFP olarak bilinen bu varyantlar floresan proteinlerin kullanım alanını önemli ölçüde arttırmıştır. Ayrıca biyosensörlerde eşzamanlı olarak farklı lokalizasyonlarda hücre içerinde meydana gelen etkileşimlerin görüntülenmesine olanak sağlamıştır. Bu da birbirleri ile ilişkili ve hücre içerisinde hayati fonksiyonlara sahip moleküllerin tespiti ve karmaşık sinyal yolaklarının anlaşılmasına olanak vermiştir.


Geçmişte yapılan araştırmaların takibinde, günümüzde floresan proteinler üzerinde yapılan araştırmalar hala devam etmektedir. Başta protein mühendisliği ve biyosensörler olmak üzere birçok alanda geniş bir yere sahip floresan proteinler hakkında edinilen her yeni bilgi beraberinde hücre mekanizması içerisindeki bilinmeyen birçok olayın keşfedilmesine katkı sağlayacaktır.





Referanslar

1. Frommer, W. B., Davidson, M. W., & Campbell, R. E. (2009). Genetically encoded biosensors based on engineered fluorescent proteins. Chemical Society Reviews, 38(10), 2833-2841.

2. A. Max Juchheim, Marcy Patrick, Gal Haimovich (2017, August). Fluorescent Proteins 101. 13 Temmuz 2020 tarihinde http://www.microscopist.co.uk/wp-content/uploads/2017/09/Addgene-Fluorescent-Protein-eBook.pdf adresinden erişildi.

53 görüntüleme

Türkiye'nin Tek Popüler Genetik Bilim Dergisi

Bezelye Dergi ISSN: 2587-0173

Bizi Takip Et
  • Beyaz Facebook Simge
  • Beyaz Instagram Simge
  • White Twitter Icon
  • Icon-gmail
  • kisspng-white-logo-brand-pattern-three-d
  • images
  • medium
  • Dergilik
  • YouTube

© 2019 by Bezelye Dergi