Aptamerler
Ayça İrgit - İstanbul Teknik Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik
Biyosensörler ve Biyoreseptörler
Canlıların çevrelerindeki değişiklikleri algılamaları ve bu değişikliklere tepki/ yanıt verebilmeleri biyosensörlerin geliştirilmesi için temeli sağlamıştır. Biyosensörlerin tanımı "International Union of Pure and Applied Chemistry" (IUPAC) tarafından, kimyasal bir bileşiğe verilen biyolojik yanıtı; termal, optik ya da elektriksel sinyallere dönüştüren cihazlar olarak yapılmıştır.[1] Biyosensörler hedef molekülün bağlanma bölgesi olan biyoreseptör (ligand) ve biyokimyasal sinyallerin elektronik sinyallere dönüştüren dönüştürücü (transducer) olmak üzere iki kısımdan oluşurlar.
Biyosensörler; tıp, endüstri, savunma ve çevresel denetim gibi çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Farklı alanlarda kullanılmak üzere farklı biyosensör çeşitleri bulunmaktadır.[2] Biyoreseptörün ve dönüştürücün tipine göre farklı tipte biyosensörler bulunmaktadır. Biyoreseptör moleküller, analiz edilmesi istenen madde ile seçici etkileşime giren, duyarlı biyolojik moleküllerdir. Aptamerler, enzimler, antikorlar sıklıkla kullanılan biyoreseptörlerdir.
Biyoreseptör Olarak Aptamerler
Aptamerler farklı hedeflere yüksek etkinlik ve özgünlükte bağlanabilen, yaklaşık 15-60 bazdan oluşan, tek zincirli RNA ve DNA oligonükleotidlerdir.[3,4] Latince’de “uymak” anlamına gelen “aptus” ve “bir bütünün parçası” anlamına gelen “meros” kelimelerinden Aptamer kelimesi türetilmeştir.[4] Aptamerler, aminoasitlere, peptitlere, proteinlere, nükleozitlere, ilaçlara ve mikroorganizmalara üç boyutlu kıvrımlı yapıları ve hedef molekülleriyle aralarında oluşan hidrojen bağları, elektrostatik etkileşimler ve van der Waals etkileşimleri sayesinde bağlanırlar. Şekil uygunluğu, istiflenme ve sterik etki de aptamerlerin hedef moleküllerine etkin bir şekilde bağlanmasını etkilemektedir. Aptamer ve hedef molekülün arasındaki etkileşimin geniş bir yüzey alanında gerçekleşmesi, yüzey alanında meydana gelen ufak değişikliklerin bile aptamerin bağlanmasını engelleyebilmektedir böylece aptamerler hedef proteinlere benzer proteinleri ya da hedef proteinin farklı biçimlerini tespit edebilen özgül bir yapı kazanmışlardır.[4,5]
Aptamer Sentezi ve SELEX Yöntemi
Aptamerler, ilk olarak 1990 yılında birbirinden bağımsız 3 grup tarafından Exponansiyel Zenginleştirme ile Sistematik Ligand Geliştirme (SELEX- Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment) yöntemi ile in vitro seçilim ve büyültme (amplikifasyon) tekniği ile geliştirilmişlerdir. SELEX yönteminde ilk olarak DNA ya da RNA parçalarıyla hazırlanan, yaklaşık 1016 oligonükleotid içeren bir oligonükleotid kütüphanesi hazırlanır. Aptamerler tek zincirli DNA ya da RNA moleküllerinden yani doğal nükleotitlerden seçilmektedirler. Polimeraz zincir reaksiyonu (PCR polymerase chain reaction) ile oligonükleotid kütüphanesi çoğaltılır ve hedef moleküle bağlanır. Böylece hedefe bağlanabilen ve bağlanamayan DNA ayrılır ve hedefe bağlanabilen DNA PCR yöntemi ile tekrar çoğaltılır ve tekrar hedef moleküle uygulanır. Bu işlem sonucunda DNA tekrar hedefe bağlanabilen ve bağlanamayan olarak ikiye ayrılır. Her bir döngü SELEX turu olarak ifade edilir ve 10-12 tekrar sonrasında hedef moleküle yüksek bir etkinlikle bağlanabilen DNA dizileri elde edilmiş olur. [1,3,4]
SELEX yöntemiyle elde edilen özgül ve seçicilikleri yüksek aptamerler biyoteknoloji araştırmaları; tromboz tedavisi, kanser tedavisi, obezite kontrolünün sağlanması, alerjik reaksiyonlarda aşırı hassasiyetin giderilmesi, diyabet tedavisi gibi hastalıkların tanı ve tedavisi ve gıda endüstrisi gibi çok çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. [6]
Aptamerler ve Diğer Biyoreseptörler
Aptamerlerin biyoreseptör olarak kullanılması, antikor ve enzimlerin biyoreseptör olarak kullanılmasından daha avantajlıdır. Aptamerlerin kimyasal olarak sentezi kısa sürede ve düşük maliyetlerle gerçekleştirilebilir. Aptamerlerin sekans dizilerinin kolay belirlenebiliyor olması sayesinde yüksek saflıkta sentezleri mümkündür. Ayrıca aptamerler raf ömrü uzun, kimyasal açıdan kararlı biyomoleküllerdir. Aptemerlerin yapısında bulunan dayanıklı fosfodiester bağları, aptamerlerin kimyasal ve termal kararlılığını etkiler. Yüksek sıcaklıklarda denatüre olan antikorların yanı sıra aptamerler, bu kararlılıkları sayesinde denatürasyon-renatürasyon göngüsünde geri dönüşümlü yapıya sahiptir. pH, sıcaklık, denatürantların kullanılması gibi değişen çevre koşullarında aptamerlerin sadece katlanmış yapıları zarar görmektedir. Aptamerler, modifike edilebilmektedir. Aptamer modifikasyonu, seçiciliklerini ve özgüllüklerini arttırmak, fonksiyonlarını geliştirmek ve nükleaz enzimine karşı dirençlerini arttırmaktadır. Aptamer modifikasyonu, SELEX işlemi sırasında, sonrasında ya da tüm SELEX işlemi boyunca ve sonrasında da olmak üzere farklı aşamalarda gerçekleştirilebilir. Aptamerler, biyo-işaretleyici olarak kullanılabilir, hedef molekülün diğer moleküllerin arasından izole edebilirler. Aptamerlerin hedef moleküllerine bağlandıklarında konformasyonel değişiklikliklere uğraması, özgüllükleri ve seçicilikleri yüksek yeni biyosensörlerin geliştirilmesi için zemin oluşturmaktadır.[1] Nükleik asit tabanlı tedaviler günümüzde ön plana çıkmakta, aptamerlerin antikorlardansa daha yaygın olarak biyoreseptör olarak tercih edilmektedir. [6]
Referanslar
1. Otlu, B., (2011), Biyosensörler: Biyoreseptör Moleküller, 6 th International Advanced Technologies Symposium (IATS’11), Erişim Adresi: http://web.firat.edu.tr/iats/cd/subjects/special/SPC-2.pdf
2. Abasıyanık, F., Şakalar, E., &Şenel, M., (2015), Biyosensörlere Genel BirBakış ve Biyosavunmada Kullanılan Biyosensörler, Erişim Adresi: https://docplayer.biz.tr/5971-Biyosensorlere-genel-bir-bakis-ve-biyosavunmada- kullanilan-biyosensorler.html
3. Bayraç, A., T. & Kandemir, B., B., (2018), Domuz Jelatinine Özgü DNA Aptamerlerinin Seçilimi ve Karakterizasyonu, Süleyman Demirel Üniveritesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22(2), pp:774-778, DOI: 10.19113/sdufbed.88900
4. Yıldırım, F., (2014), Yüzeye Modifiye Edilen Aptamer Uç Gruplarının Aptamer- Protein Etkileşimlerine Etkisinin Kütle Spektometresi İle İncelenmesi, [Yüksek Lisans Tezi], Erişim Adresi: http://www.openaccess.hacettepe.edu.tr:8080/xmlui/bitstream/handle/11655/2146/a42 46d12-2658-4e5e-a189-a0c5b213a731.pdf?sequence=1&isAllowed=y
5. Sezgin, D., E., (2013), Model Bir Yeşil Flöresan Protein İçin Aptamer Üretiminin Ve Optik Biyosensörlerde Uygulanmasının Araştırılması, [Yüksek Lisans Tezi], Erişim Adresi:http://www.openaccess.hacettepe.edu.tr:8080/xmlui/bitstream/handle/11655/2637/bfa95d01-cff0-4e81-ab13-8751f142esequence17e.pdf =1&isAllowed=y
6. Kılıçkaya, P., C. & Kılıçkaya, O., (2019), Terapötik Aptamerler, DOI: 10.29228/jamp.40125
7. Görsel Erişim Adresi: https://www.mdpi.com/2073-4425/9/12/584/htm