Naci Polat: “Yenidoğan metabolik hastalıklarda biyokimyasal analizlerin önemi”

Nadir hastalıklar, genetik ve genetik olmayan nedenlere bağlı çok heterojen bir dizi bozukluktur. Genetik temelli nadir hastalıklar içinde, doğuştan metabolizma hataları olarak adlandırılan ve tanısı genellikle önceden klinik şüphe temelinde seçilen hastalarda biyolojik sıvılardaki metabolitlerin ölçümü yoluyla konulan bir hastalık grubunu oluşturan bir bozukluk alt grubu vardır. Biyokimyasal değişiklikler, bir doğuştan metabolizma hataların varlığını düşündüren ve bazen tanının yönlendirilmesini sağlayan temel laboratuvar testlerindeki hafif anormalliklerden, bu hastalıkların her birinin spesifik biyokimyasal belirteçlerinde (özellikle metabolitler) çok önemli değişikliklere kadar uzanmaktadır. Bu hastalıklar için herhangi bir teşhis sürecindeki son adım, spesifik genlerde hastalığa neden olan mutasyonların tanımlanmasıdır.

Genomiks

Genomiks genel olarak organizmaların genomlarının incelenmesidir. Bu incelemeler genomun DNA sekansının ortaya çıkarılmasını ve aynı zamanda genom içindeki etkileşimleri de ortaya çıkarmayı amaçlar. Buna karşılık her bir genin fonksiyonlarının ortaya çıkarılması ise daha ziyade moleküler biyoloji ve genetiğin çalışma alanlarıdır. Tek bir genin araştırılması, eğer o genin veya ürünlerinin araştırılması tüm genom ağı üzerinde etkili değilse, genomiks çalışmaları kapsamına girmez. Bir genom tek bir birey organizmayı oluşturan tüm genlerin toplamıdır. Dolayısıyla bu tarife göre genomiks bir hücredeki veya dokulardaki genlerin tümünün DNA düzeyinde (Genotip), mRNA düzeyinde (Transkriptom) veya protein düzeyinde (Proteom) çalışılmasıdır.

Fonksiyonel genomiks olarak tanımlanan bir alt çalışma alanı, özellikle bir organizmanın genomu ile fenotipi arasındaki ilişkiyi anlamayı amaçlar. Fonksiyonel genomiksten gelen bilgi neticesinde, bir organizmanın genomunda kodlanmış bilginin nasıl olup da biyolojik fonksiyonların oluşmasına yol açtığı daha net bir şekilde ortaya çıkarılır. Belli bir mutasyonun, belli bir fenotipin otaya çıkmasını nasıl sağladığının daha iyi anlaşılması, özellikle genetik hastalıkların daha iyi incelenmesini ve böylece tedaviye yönelik daha etkili çözümlerin ortaya çıkarılmasını sağlayacaktır. Fonksiyonel genomiks bir biyolojik numunenin içindeki mRNA’lar ve proteinler gibi gen ürünlerinin miktarını belirleyebilmek için daha çok multipleks teknikler kullanır. Bu ölçümler bir arada değerlendirildiği zaman gen ve protein fonksiyonları ve etkileşimleri daha iyi anlaşılır.

Proteomiks

Proteomiks, büyük ölçüde proteinlerin ve özellikle de onların yapılarının ve fonksiyonlarının çalışılmasıdır. Proteinler hücrelerdeki fizyolojik metabolik yolların temel yapıları olmaları nedeniyle, yaşayan organizmaların temel öğeleridir. İlk defa 1997’de bilimsel çevrelerde kullanılmaya başlayan “Proteomiks” protein ve genomdan türetilmiş bir ifadedir. Proteom bir organizmadaki üretilen proteinlerin tümünü ve bu protein ürünlerindeki her türlü modifikasyonu da kapsamına alır. Bu nedenle, proteom zamanla (organizmanın yaşıyla) ve ayrıca organizmanın, hücrenin geçirdiği değişik streslerle de değişiklik gösterecektir.

Genomiksten sonra proteomiks her ne kadar biyolojik sistemlerin anlaşılmasında bir sonraki basamak olarak düşünülse de aslında olay daha karmaşıktır. Bir organizmanın genomu sabit kalırken proteom ise hücreden hücreye ve değişik zamanlarda farklılık gösterir. Buradaki temel neden de farklı hücre tiplerinde farklı genlerin eksprese olmalarıdır. Bu nedenle de proteomiks çalışmalarında, her bir hücrede eksprese olan temel proteinler bile çalışılmalıdır.

Proteomiks tam olarak ortaya çıkmış proteinin miktarı ve onun yapısıyla ilgilenir. mRNA her zaman standart bir translasyon mekanizması ile proteine dönüşmeyebilir. Belli bir miktar mRNA’ya karşı oluşturulacak protein miktarı, önce transkripsiyonun yapıldığı gene ve ardından hücrenin o andaki fizyolojik koşullarına bağlıdır.

Kütle spektrometresi tabanlı proteomik çalışmalar için jel elektroforezi, kütle spektrometresi, SELDI-TOF gibi çeşitli analitik yöntemler kullanılmaktadır. Öncelikle proteinler biyolojik örneklerden ekstrakte edilir ve çeşitli ayırma yöntemleriyle fraksiyonlara ayrılır. Bir boyutlu jel elektroforezinde proteinler boyutlarına göre ayrılır. İki boyutlu jel elektroforezinde proteinler izoelektrik nokta ve boyuta göre ayrılır. Sıvı kromatografisinde, sindirilmiş proteinler iki boyutlu (güçlü katyonik değişim ve ters faz) veya üç boyutlu (güçlü katyonik değişim, avidin ve ters faz) sıvı kromatografisi ile fraksiyonlara ayrılır. Dördüncü yöntemde ise proteinler yüzey -geliştirilmiş lazer- desorpsiyon iyonizasyon (SELDI) teknolojisinde fiziksel, kimyasal veya biyokimyasal özelliklerine göre fonksiyonel özelliklerine göre ayrıştırılır.