Araştırmacılar, ışık kullanarak gen ifadesini benzeri görülmemiş bir hassasiyetle kontrol etmek için yeni bir yöntem geliştirdiler. Nature Chemistry'de yayınlanan bu gelişme, bir DNA G-dörtlüsünü [gee-quad-ru-plex] hedefleyen geri dönüşümlü bir foto anahtarı sunuyor. Bu moleküler yenilik, dinamik, invaziv olmayan gen düzenleme teknolojilerine yol açabilir.
Araştırma, genom içindeki guanin açısından zengin dizilerde bulunan benzersiz dört iplikli konfigürasyonlar olan G-dörtlüsü (G4) DNA yapılarına odaklanmaktadır. G4'ler, transkripsiyon ve replikasyon gibi temel hücresel süreçlerde yer alır. Bilim insanları, bu G4 yapılarına seçici olarak bağlanan foto anahtarlanabilir bir molekül tasarladılar.
Bu foto anahtar, G4'lerin konformasyonunu belirli ışık dalga boylarına yanıt olarak modüle eder. Bu, gen ifadesi üzerinde uzamsal ve zamansal kontrol sağlar. Araştırmacılar, uygun renkteki ışığı tutarak canlı hücrelerdeki gen aktivitesini etkili bir şekilde 'açıp' veya 'kapatabilirler'.
Foto anahtar, ışıkla indüklenen geri dönüşümlü izomerizasyonları ile bilinen moleküller olan azobenzen [azo-ben-zene] türevlerine dayanmaktadır. Ekip, G4 DNA'sı için bağlanma afinitesini ve özgüllüğünü sağlamak için kimyasal çerçeveyi optimize etti. Görünür aralıktaki ışık dalga boyları, hücrelerde önemli foto hasara neden olmadan yapısal dönüşümlere neden olur.
Deneysel doğrulama, bir ışık dalga boyuyla ışınlamanın G4 yapısını stabilize ettiğini, transkripsiyon faktörü bağlanmasını engellediğini ve hedef gen ifadesini aşağı doğru düzenlediğini gösterdi. Tersine, alternatif bir dalga boyuna maruz kalmak, foto anahtar izomerizasyonunu indükleyerek G4 konformasyonunu gevşetir ve gen transkripsiyonunu geri yükler. Bu çift dalga boyu kontrolü, hassas gen düzenlemesine olanak tanır.
Belirli genleri uzaktan ve geri dönüşümlü olarak modüle etme yeteneği, yeni nesil gen terapileri geliştirmek için umut vaat ediyor. Hastalıkla ilişkili genler gerektiğinde hedeflenebilir ve susturulabilir ve hasta koşulları geliştikçe yeniden etkinleştirilebilir. Bu, harici olarak uygulanan ışık darbeleri yoluyla elde edilebilir.
Ekip, dokulara daha derinlemesine nüfuz eden dalga boyları olan kırmızı ve yakın kızılötesi ışığa duyarlı foto anahtarlar tasarladı. Kapsamlı toksisite testleri, foto anahtar bileşiklerinin ve ışık aktivasyon döngülerinin sitotoksisiteye veya genomik instabiliteye neden olmadığını doğruladı. Bu, sistemin deneysel ve klinik ortamlarda güvenle kullanılabileceğini garanti eder.
Modüler tasarım stratejisi, foto anahtarın daha fazla işlevselleştirilmesini ve ayarlanmasını kolaylaştırır. Gelecekteki yinelemeler, hedefleme ligandları veya floresan muhabirleri içerebilir. Yazarlar, bu teknolojinin gelişmiş genetik modülasyon için mevcut optogenetik ve nanoteknolojik yaklaşımlarla entegre edileceğini öngörüyor.