İnsan dokusunda yaşlanma izleri silindi

VGN

Bilim insanlarının geliştirdiği CMLase, yaşlı insan dokularında biriken ve kalıcı sanılan protein hasarını laboratuvar koşullarında büyük ölçüde temizledi.

Bilim insanları, insan vücudunda yıllar içinde biriken ve bugüne kadar geri döndürülemez kabul edilen bir protein hasarını laboratuvar ortamında temizlemeyi başardı. CMLase adı verilen mühendislik ürünü enzim, yaşlı insanlardan alınan göz merceği, cilt ve atardamar dokularındaki CML birikimini önemli ölçüde azalttı. Bulgular, yaşlanmanın bütününü ortadan kaldıran bir tedavi anlamına gelmese de yılların bıraktığı belirli moleküler hasarların onarılabileceğini gösterdi.

Çalışma, yaşlanma araştırmalarında önemli bir yaklaşım değişikliğine işaret ediyor. Bugüne kadarki birçok yöntem yeni hasarın oluşmasını yavaşlatmaya, hücresel temizlik sistemlerini desteklemeye veya iltihabı azaltmaya odaklanıyordu. CMLase ise onlarca yıl içinde oluşmuş mevcut hasarı doğrudan hedef alarak proteinin kimyasal yapısını eski durumuna döndürmeye çalışıyor.

Moleküler pas olarak adlandırılan hasar nedir?

Haberdeki “moleküler pas” ifadesi, vücudun gerçekten paslanması anlamına gelmiyor. Benzetme, proteinlerin yıllar içinde şeker ve yağlardan kaynaklanan reaktif moleküllerle kimyasal değişime uğramasını anlatıyor.

Glikasyon adı verilen bu süreçte şeker ve yağ kökenli bileşikler, proteinlerin yapı taşları olan aminoasitlere enzim kullanılmadan bağlanıyor. Zamanla ileri glikasyon son ürünleri olarak bilinen AGE bileşikleri oluşuyor. Pişirilen yiyeceklerin kahverengileşmesine yol açan Maillard tepkimesinin çok daha yavaş bir benzeri insan vücudunda da gerçekleşiyor.

İnsan vücudu 37 derece civarındaki sıcaklıkta onlarca yıl boyunca bu kimyasal sürece maruz kalıyor. Özellikle kollajen, elastin ve göz merceğindeki kristalinler gibi uzun ömürlü proteinlerde AGE birikimi artıyor. Vücudun bazı savunma sistemleri, hasarı meydana getiren öncü maddeleri etkisizleştirebilse de protein üzerine yerleşmiş kararlı AGE yapılarını söküp atamıyor.

CML neden önemli?

Araştırmacıların hedef aldığı Nε-karboksimetil-lizin, kısa adıyla CML, yaşlanan insan dokularında en fazla bulunan AGE türlerinden biri. CML, proteindeki normal lizin aminoasidinin kimyasal yapısını değiştiriyor ve proteinin elektriksel yükünü etkiliyor.

CML aynı zamanda hücre yüzeyindeki RAGE adlı reseptöre bağlanabiliyor. Bu bağlantı, kronik iltihabı ve oksidatif stresi artıran hücresel sinyalleri harekete geçirebiliyor. AGE birikiminin damar sertliği, doku esnekliğinin azalması, diyabetin yol açtığı komplikasyonlar ve yaşa bağlı bazı hastalıklarla ilişkili olduğu biliniyor.

Ancak CML oldukça kararlı bir molekül olduğu için vücudun doğal enzimleri tarafından tekrar normal lizine dönüştürülemiyordu. Önceki deneysel ilaçlar çoğunlukla yeni AGE oluşumunu engellemeye çalışıyor, onlarca yıldır proteinlerin üzerinde bulunan mevcut CML birikimini ortadan kaldıramıyordu.

500 milyon enzim çeşidi tarandı

Araştırma ekibi doğada CML’yi proteinlerden etkili biçimde ayırabilen hazır bir enzim bulamayınca enzim mühendisliğine yöneldi. Başlangıç noktası olarak bakteriyel kökenli bir glisin oksidaz seçildi.

Bilgisayar destekli taramanın ardından yönlendirilmiş evrim adı verilen yöntem kullanıldı. Enzimin genetik yapısında değişiklikler yapıldı, ortaya çıkan yeni çeşitler CML’yi parçalama yeteneklerine göre tekrar tekrar seçildi. Beş geliştirme turunda 500 milyondan fazla enzim çeşidi değerlendirildi.

Bu sürecin sonunda CrGO-897 olarak tanımlanan ve CMLase adı verilen enzim elde edildi. CMLase, proteine bağlanmış CML’yi oksitleyerek hasarlı bölgeyi yeniden normal lizin aminoasidine dönüştürebiliyor. Böylece yalnızca hasarlı parçanın uzaklaştırılması değil, proteinin özgün kimyasal yapısının onarılması amaçlanıyor.

Hasarlı proteinlerde yüzde 97’ye ulaşan sonuç

CMLase ilk olarak kollajen, hemoglobin, kazein ve göz proteinleri dahil farklı proteinler üzerinde denendi. Protein türüne ve hasarlı bölgenin enzim tarafından ulaşılabilirliğine bağlı olarak ölçülebilen CML miktarında yüzde 52 ile yüzde 97 arasında azalma görüldü.

Ayrıntılı protein analizinde CML ile değiştirilmiş 33 lizin bölgesinin 30’unda hasarın azaldığı belirlendi. Bu bölgelerin 21’inde CML miktarı yüzde 50’den fazla, yedisinde ise yüzde 90’ın üzerinde geriledi.

Enzim bütün hasarlı noktalarda aynı başarıyı gösteremedi. Proteinin iç kısmında kalan veya çevresi büyük ve hidrofobik aminoasitlerle kaplı bazı CML bölgeleri enzime dirençli kaldı. Bu farklılık, daha güçlü ve hedefe daha kolay ulaşabilen yeni CMLase çeşitlerinin geliştirilmesi gerektiğini ortaya koydu.

Yaşlı insan dokularında denendi

Araştırmacılar daha sonra enzimi yıllar içinde doğal olarak CML biriktirmiş insan dokularında test etti. Kısa ömürlü laboratuvar hayvanlarının, insan dokusunda onlarca yılda oluşan birikimi tam olarak yansıtamayacağı düşünülerek doğrudan bağışlanmış insan dokuları kullanıldı.

CMLase, 64 yaşındaki bir bağışçıdan alınan göz merceği proteinlerine bir gece boyunca uygulandı. Kütle spektrometrisiyle yapılan ölçümde toplam CML miktarı yüzde 45 azaldı. Antikor temelli ikinci ölçümde ise yüzeye yakın ve enzimin daha kolay ulaşabildiği CML işaretlerinde yüzde 78 azalma saptandı.

Yetmiş beş yaşındaki bir bağışçıdan alınan karın aortası kesitlerinde CML birikimi yüzde 70’ten fazla geriledi. Yaşlı insan cildinin epidermis ve dermis tabakalarında ölçülen azalma ise yüzde 55’i geçti. İşlem sonrasında ciltteki CML işaretlerinin 31 yaşındaki bir kişinin cildinde ölçülen düzeyin altına indiği görüldü.

Bulgular neden yaşlanmanın tersine çevrildiğini göstermiyor?

Sonuçlar dikkat çekici olsa da deneyler canlı insanlarda yapılmadı. Enzim, laboratuvar ortamında korunmuş doku kesitlerine veya dokulardan ayrılmış proteinlere doğrudan uygulandı. CMLase’ın insan vücuduna verilmesi halinde hedef dokuya ulaşıp ulaşamayacağı, bağışıklık sistemi tarafından nasıl karşılanacağı ve ne kadar süre etkili kalacağı bilinmiyor.

Çalışmada CML’nin kimyasal olarak azaltıldığı gösterildi ancak bunun damar esnekliğini artırdığı, cilt yapısını iyileştirdiği, göz işlevini düzelttiği veya kronik iltihabı azalttığı henüz kanıtlanmadı. Proteinin kimyasal yapısının onarılmasıyla dokunun biyolojik işlevinin geri dönmesi aynı şey değil.

CMLase’ın bakteriyel kökenli olması, bağışıklık sisteminin enzime karşı tepki geliştirme olasılığını da gündeme getiriyor. Enzim tepkimesi sırasında hidrojen peroksit ve glioksilat ortaya çıkıyor. Araştırmacılar bu maddelerin vücutta doğal olarak bulunduğunu ve oluşacak miktarın düşük kalacağını öngörüyor ancak güvenlik değerlendirmelerinin canlı sistemlerde yapılması gerekiyor.

Yaşlanmanın yalnızca bir parçası hedeflendi

CML, yaşlanmayla birlikte ortaya çıkan çok sayıdaki moleküler değişiklikten yalnızca biri. DNA hasarı, hücresel yaşlanma, mitokondri bozuklukları, bağışıklık sistemindeki değişimler, protein katlanma sorunları ve diğer AGE türleri CMLase tarafından ortadan kaldırılmıyor.

Bu nedenle araştırma, yaşlanmayı silen veya insan ömrünü uzattığı kanıtlanmış bir yöntem olarak değerlendirilemiyor. Çalışma, geri döndürülemez sanılan belirli bir kimyasal hasarın uygun biçimde tasarlanmış bir enzimle onarılabileceğini gösteren bir kavram kanıtı niteliği taşıyor.

CMLase’ın etkisi de bütün proteinlerde eşit değil. Enzimin katalitik gücü, doğal evrimle uzun süre geliştirilmiş bazı protein düzenleyici enzimlerden 10 ila 50 kat daha düşük. Araştırma ekibi bu nedenle enzimin etkinliğini artırmaya ve dokulara ulaştırılabilecek bir forma dönüştürmeye çalışıyor.

Diyabet ve damar hastalıkları için umut

AGE birikimi, kan şekeri uzun süre yüksek seyreden diyabet hastalarında daha hızlı gelişebiliyor. CMLase’ın ileride canlılarda güvenli ve etkili olduğunun gösterilmesi halinde ilk kullanım alanları arasında diyabete bağlı retina hasarı, damar sorunları, cilt yaşlanması ve göz merceğindeki protein hasarı bulunabilir.

Bir sonraki aşamada daha güçlü enzim çeşitlerinin geliştirilmesi, hayvan deneylerinin yapılması, dokulara ulaşımın ölçülmesi ve bağışıklık tepkisinin değerlendirilmesi bekleniyor. İnsanlar üzerinde klinik araştırmalara geçilebilmesi için uzun bir güvenlik ve etkinlik sürecinin tamamlanması gerekecek.

Araştırmayı yürüten biyoteknoloji şirketi çalışma için patent başvurusu yaptı. Araştırmacılar, CMLase geliştirilirken kullanılan yönlendirilmiş evrim platformunun gelecekte başka AGE türlerine ve yaşlanmayla bağlantılı farklı protein hasarlarına uyarlanabileceğini düşünüyor.

Çalışmanın asıl önemi, yaşlanmanın yıllar içinde oluşturduğu bazı moleküler izlerin mutlaka kalıcı olmayabileceğini göstermesi. Geleceğin uzun yaşam tıbbı yalnızca yeni hasarı yavaşlatmakla kalmayabilir. Güvenli ve etkili yeni enzimler geliştirilebilirse, vücutta daha önce birikmiş belirli kimyasal hasarların temizlenmesi de tedavilerin bir parçası olabilir.