Aziz Sancar'ın bilime altı büyük katkısı

Soru: İnsan biyolojisiyle ilgili birçok sorun üzerinde çalıştın, bu sorunlara çözümler getirdiniz ve dünyaca takdir edilen başarılar elde ettin. Öncelikle sizden yaptığınız bilimsel çalışmalar arasında önemli katkılarınızı sıralamanı istesem.

Sancar: Kendi sıralamam şöyle:

1) Maxicell: OED

2) FOTOLİYAZ (Photolyase), DNA onarım mekanizması

3) Nucleotide excision repair (exinuclease), DNA onarım mekanizması: OED

4) Transcription-coupled repair, DNA onarım mekanizması 5) “Molecular Matchmaker” kavramı

6) Kriptokrom (Cryptochrome) denen ve biyolojik saati yapan dört temel proteinden biri olan pigmentin insanlarda keşfi

Soru: Bu katkılarını kısaca açıklar mısın? Sancar: Açıklamaya çalışacağım. Ama şunu söyleyeyim ki bu katkıların bazıları birkaç cümleyle izah edilebilir, ötekilerini anlatmak için daha fazla ayrıntıya girmek gerekecek.

1) MAXİCELL: Türkçe’ye “Büyük Hücre” diye çevirmek mümkün. Genetik mühendisliğinde kullanılan temel bir yöntemdir ve bu yöntemi doktora öğrencisi iken icat ettim. Klonlanmış genlerin yaptığı proteinleri bulmak için çok kullanılmıştır. Örneğin; hepatitis (sarılık) aşısı için kullanılan virus proteinini bulmakta kullanıldı. “Maxicell” benim ürettiğim bilimsel bir sözcüktür ve OED of Biochemistry and Molecular Biology’ye geçmiştir. Bu sadece iki sayfalık bir makale olmasına rağmen 1000 üzerine atıf yapılarak en çok atıf yapılan makalem olmuştur.

Bilimsel hayatım boyunca üzerinde sürekli calıştığım konu DNA onarımıdır ve ben Maxicell’i –büyük hücre- DNA onarımı yapan enzimleri arıtmak için icat ettim. Fakat genel bir yöntem olduğu için binlerce araştırıcı bunu her türlü protein için kullandı. Aşağıda izah etmeye çalışacağım öteki bilimsel katkılarım, biri hariç, diğerleri DNA onarımı ile ilgilidir.

2) FOTOLİYAZ (PHOTOLYASE) DNA ONARIM MEKANIZMASI: Fotoliyaz enzimi güneş ışığındakı mor ötesi ışınların DNA’da yaptığı timin dimeri denen tahribatı onarır. Enzimin ilginç bir yönü mor/mavi ışık enerjisini kimyasal enerjiye çevirmesidir. Biyokimyada bilinen binlerce enzimden ışık enerjisini kullanan tek enzimdir.

Fotoliyaz, doktora hocam Profesör Claud Rupert tarafından 1958’de keşfedilmişti. Ancak bütün çabalarına rağmen hocam ve bir sürü araştırıcı enzimi arıtamadıkları için, bir türlü bu enzimin güneş ışığını kimyasal enerjiye nasıl çevirdiğini çözemediler. Ben doktora çalışmam için bu enzimin genini klonladım ve genin yaptığı proteini bulmak için Büyük Hücre, Maxicell Yöntemini icat ettim.

Bu yöntemi kullanarak enzimin miktarını artırdım ve çalışma mekanizmasını çözdüm. Çözmek için de genetik yöntemlerden kuantum kimyasına kadar her türlü yöntemi kullandım. 33 yıldır bu enzim üzerinde çalışırım. Bilim dünyasında bu enzim Sancar’ın enzimi diye bilinir, ve bu enzim üzerinde yaptığım buluşlar Amerikan Bilim Akademisi’ne seçilmemde büyük katkı yaptı.

Fotoliyaz, bakteriden bitkilere, balıktan kanguruya kadar birçok canlının, yeryüzünde hayatın gelişmesi ve devamı için önemli bir rol oynamıştır. Ancak bilinmeyen bir nedenle insanda ve bir sürü başka memeli hayvanda bu enzim yok.

3) DNA ONARIM MEKANİZMASI- NUCLEOTIDE EXCISION: Bu mekanizmada hasarlı DNA sarmalının zinciri, dimeri kapsayan birkaç yakındaki bazla kesilip atılır. Meydana gelen boşluk sarmalın öteki zinciri kullanılarak DNA polimeraz tarafından doldurulur. Bu onarım mekanizmasının üç önemli niteliği var.

Bir, Fotoliyaz sadece timin dimerini- hasarı onarabilir, Nucleotide excision repair hem timin dimerini hem de DNA bazlarında kimyasal ve fiziksel binlerce zararlı etkenin yaptığı tahripleri tamir eder.

İki, DNA onarımı için ışık enerjisi yerine kimyasal enerji kullanır.

Üç, enzim sadece zarara uğramış bir veya iki bazı değil onların etrafındaki 12 bazı (bakterilerde), veya 27 (insanlarda) bazı kesip atar. Bu mekanizmanın varlığı 1964’te algılanmıştı. Ancak mekanizma bilinmiyor ve birbirine zıt bir sürü teori ileri sürülüyordu.

Ben ve ekibim hem bakterilerdeki hem de insanlardaki ikili-kesim (dual incision) mekanizması ile tahrip olmuş bazın 12 veya 27 bazlık bir zincir halinde DNA’dan kaldırıldığını gösterdik. Bu enzim aktivitesine excision nuclease (excinuclease) adını verdim ki bu da OED of Biochemistry and Molecular Biology’e yaptığım ikinci katkıdır. Bu bütün biyokimya ve moleküler biyoloji kitaplarına girdi. Ayrıca ünlü Science dergisinin “Yılın Molekülü: DNA Onarım Enzimi” sayısında bu makalem yayınlandı.

Soru: Bu onarım mekanizmasını nasıl aydınlattınız?

Sancar: Daha basit olmaları düşüncesiyle önce bakterilerde işe başladım. Bakteride üç protein gerekli, üçünü de arıttım ve test tüpünde bunun DNA’yı nasıl kesip biçtiği ve tamir ettiği olgusunu aydınlattım. Bunu ilk 1982’de keşfettim.

BİR ALLAH BİLİYORDU, ŞİMDİ DE BEN

Soru: Peki bu sistem insanlarda nasıl çalışıyor?

Sancar: İnsanlarda durum daha karmaşık. Genetik araştırmalar sonucunda en az 7 genin gerekli olduğu biliniyordu ve birçok araştırıcı bu genleri klonlayıp sorunu çözmeye uğraştılar. Ben genetikçi olmadığım için biyokimyasal yöntemlerle konuyu aydınlatmaya karar verdim ve bu nedenle onarım mekanizmasını anlamak için çok hassas bir test geliştirdim. Bu testi kullanarak DNA’nın insanlarda nasıl onarıldığını, yani 27 bazın bir zincirden nasıl kesilip atıldığını ve yerine yeni ve sağlam bazların konulduğunu gösterdik. 7 değil 16 genin gerektiğini gösterdik.

Bu keşif hayatta bana en çok memnuniyet veren keşiftir. Hatırlıyorum, bu keşfi yaptığım gün kendisi de biyokimyacı olan eşime gittim ve dedim ki “Şimdiye kadar tek Allah’ın bildiği önemli bir şeyi bütün dünyada bu an bir ben biliyorum”. Bu keşfi bilim dünyasına ilan eden makaleyi, bakteri excinuclease’ini keşfetmemizden tam 10 yıl sonra 1992’de yayınladık.

Hatırlarım, 1-2 yıl önce bir araştırıcı arkadaşla bilimsel buluşların manevi ve maddi değerlerini konuşuyorduk. Bana bu keşfime maddi bir değer biçmemi istedi. “Sana on milyon dolar versek bu buluşu bir başkasına verir misin?” derlerse hiç düşünmeden “Yok” derim. Çünkü keşif her türlü maddi ödülün dışında bana nadiren bulabildiğim bir iç sükuneti vermiştir. Ayrıca, gelecek kuşak Türk araştırıcıları biyokimya ve moleküler biyoloji derslerinde bunu görüp “Bu keşfi bizden biri yaptı” diyebilecekler. Onlara bu güveni vermekle memleketime hizmet ettiğimi hissediyorum.

ONARIMIN ÖNEMİ NEDİR? GÜNEŞ ALTINDA YATARSAK?

Sancar: DNA’da olan zararı gidermezsen mutasyon olur, kanser olur ya da hücre ölür. Yaşlılığa sebep olur. Bu nedenle bu mekanizmaların varlığı hayatı sürdürebilmek için çok önemlidir.

Soru: Bu mekanizma doğal yaşlanma sürecine etki yapmıyor mu? Başka şeyler onarmıyor mu?

Sancar: Evet, yapıyor. Ama herşeye rağmen biyolojide mutlaklık yoktur. Enzim bütün kapasitesiyle sürekli çalışsa yine de yakalayamadığı baz zararları ve onların neden olduğu mutasyon, hücre ölümü gerçekleşir. Ayrıca, bizim yaşlanmamız önüne geçilemeyecek bir gerçektir. Ancak sağlıklı yaşam tarzıyla yaşlanma geciktirilebilir.

Örneğin, güneş altında 10 dakikadan fazla yürürseniz insan derisinde timin dimeri hasarı oluşur, bu enzim bunları tamire yetiyor. Ama gidip güneşte saatlerce yatarsanız bunlar birikiyor ve enzim onların verdiği zararla yarışamıyor. Belli bir dereceye kadar enzim zararı tamir edebiliyor, bu düzeyi aşarsan bunları tamir edemiyor.

Soru: Bu tamir mekanizmaları durmadan çalışıyor mu, mesela şimdi?

Sancar: Evet, ona fazla iş yüklendi mi altından kalkamıyor. Oksidatif metabolizma ve benzeri gibi etkenlerin DNA bazlarında yaptığı değişimler var; bedendeki bir dizi kimyasal reaksiyondan dolayı, yediklerimizin DNA’ya verdiği zarar var. Yediklerimizin bir kısmında kanser yapıcı, DNA’ya bağlanan maddeler var. Sigaranın kanserojen etkisi var. Bunun yanı sıra çevremizde maruz kaldığımız, soluduğumuz zehirli maddeler var. Bunlar durmadan DNA’mıza zarar veriyor. Günde milyonlarca DNA bazında hasar oluşuyor ve onarım mekanizması sürekli iş başında.

Sancar: Kseroderma pigmentosum denilen bir hastalık var. Kalıtsal bir hastalıktır ve Nucleotide excision genlerinden birinde olan mutasyondan kaynaklanır. Hem ana hem de babada her genin iki kopyası var. Eğer bu gen kopyalarının ikisinden birinde mutasyon varsa ana ve baba normal görünür. Ancak çocukları hem ana hem de babadan mutasyon taşıyan geni alırsa (ki 50% ihtimaldir) bu hastalığa yakalanır.

Bu çocuklar güneş ışığına aşırı hassastır, ancak geceleri sokağa çıkabilirler. O nedenle bunlara ‘gece bebekleri’ deniyor. Güneş ışınlarının sebep olduğu timin dimerlerini tamir edemedikleri için bu hastalarda deri kanserinin oranı normal insana göre 10,000 kat artıyor. Ayrıca vücutta sentezlenen veya dışarıdan alınan bir sürü kimyasal maddelerin sebep olduğu DNA baz hasarını tamir edemedikleri için de, iç organlarında da kanser oranı normal insanlardan 10 kat daha yüksek oluyor.

TAMİR MEKANİZMALARINDA NE BİLİNMİYOR?

Sancar: Üzerinde çalıştığımız Nucleotide excision repair büyük, küçük her türlü baz hasarını tamir eder. Soru şu: Ufak bir bozukluğu olan DNA bazlarını normal olan bir DNA bazından nasıl ayırt ediyor? Bir referans olması lazım. Mekanizması oldukça karışık. Bizim önerdiğimiz bir model var, Avrupalıların önerdiği bir başka model var. Bunlar üzerinde çalışıyoruz.

Bizim modelde DNA bazının tanım sorunu bazı, 16 proteinden oluşan enzimin 3-4 kez tekrar tekrar yoklamasıyla çözülür. Yazılmış bir makalenin 3-4 editörün elinden geçmesi gibi. Bu sayede hata yapma ihtimali azalmış olur. Ancak, 3-4 editörün de gözünden kaçan hatalar olabileceği gibi, bu onarım mekanizmasında da enzimin tekrar tekrar yoklamasına rağmen bozuk baz tanınmayabilir. Nadiren doğru baz yanlışlıkla bozuk baz sanılıp kesilir.

Bu iddia bizim modelin temel bir taşıdır. Gerçekten de Nucleotide excision repair enzim sisteminin nadir bile olsa yanlışlıkla bazen normal doğru DNA’yı kesip atabileceğini gösterdik. Kesilip atılan normal 27 bazın yerine çoğunlukla tekrar normal bazlar DNA polimeraz tarafından sentezlenir. Bazen sentezleme işlemi sırasında DNA polimeraz arada bir yanlış bazı koyar, mutasyon olur.

Netice olarak bir DNA onarım enzimi, bozuk DNA’yı kesip onaracağı yerde normal DNA’yı kesip mutasyon yapmış oluyor. Peki niye? Bu kadar genel kapsamlı bir enzim sistemi ancak genel davranabiliyor ve doğruyu yanlıştan ayırmayı belirli bir zaman içerisinde yapması gerekiyor. Yoksa bozuk bazı kaldırmadan önce hücre bölünecek ve mutasyon olacak. DNA hasarının hücre döngüsünü nasıl etkilediğini ve bu etkilemenin kanser tedavisinde nasıl kullanılabileceği araştırmasında adım adım ilerlemeler yapmış durumdayız.

GELDİK YUNUS EMRE DESTANINIZA!

4) Evet, TRANSCRIPTION-COUPLED REPAIR MEKANİZMASI: Bütün insan DNA’sı genlerden oluşmuyor. Ayrıca her dokuda sadece genlerin bir kısmı o dokuya özel proteinleri yapıyorlar. Bu nedenlerle doku’nun ve hücre’nin yaşamı için o dokuda okunup protein yapan genleri her şeyden önce onarmak lazımdır. Gerçekten de bunun böyle olduğu ve protein yapan DNA’nın, yapmayan DNA kısımlarından daha çabuk onarıldığı 25 yıldan beri biliniyordu. Ancak mekanizması bu uzun sürede esrarengiz bir olay olarak kaldı.

Asistanlarımdan biri ile transkripsiyonu DNA onarımına bağlayan enzimi arıttık ve bütün mekanizmayı bir tek makalede açık açık izah ettik. Daha ilgi çeken, insan sağlığı bakımından daha önemli olan buluşlarım var. Ama bence bu makalem benim en güzel makalemdir. Biyokimyası güzel, verileri güzel, sunuşu güzel. Türk arkadaşlara bu benim “Yunus Emre Destanım”dır derim.

5) MOLEKÜLER ARABALUCU (MOLECULAR MATCHMAKER): Görüldüğü gibi bilim hayatımın büyük bir kısmını protein-DNA bağlanmasına dayanan konular üzerinde geçirdim. Bu mekanizma aslında moleküler biyolojinin en temel konularından biridir. Proteinler, özel bir DNA dizisini veya özel bir DNA yapısını nasıl tanıyorlar?

DNA onarımı ve Transciption-Coupled Repair mekanizması üzerinde olan çalışmalarım sırasında hücrede DNA’ya çok sıkı bağlanan bazı proteinlerin test tüpünde DNA’ya bağlanmadıklarını gördüm ve bu bulgudan başlayarak bu proteinlerin DNA’ya arabulucu görevi yapan başka bir protein yardımı ile bağlandığını gösterdim.

“Arabulucu protein” gidiyor ve proteini DNA üzerine yerleştiriyor. Sonra kendisi aradan çıkıyor, tıpkı günlük hayattaki arabulucular gibi! Böylece hücrenin büyüyüp gelişmesini sağlıyor. İlk olarak DNA onarımında da bulduğumuz bu mekanizmanın DNA-protein bağlanması ile ilgili moleküler biyolojinin her alanında yaygın genel yöntem olduğunu birçok araştırmacı doğruladı.

GELECEK SAYI:

Aziz Sancar’ın biyolojik saat üzerine keşifleri

Not: Bu, CBT sayı 1037’de yayınlanan geniş söyleşiden özetlenmiştir.