Exploring steric effects of lamina-associated domains by using polymer modeling
Polimer modelleme ile lamina ile ilişkili alanların sterik etkilerinin incelenmesi
- Tez No: 1019790
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYKUT ERBAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyofizik, Biophysics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hücre çekirdeği içindeki 3 boyutlu genom organizasyonu, sağlıklı bir hücreyi hastalıklı bir hücreden ayıran temel bir mekanizma olan gen düzenlemesi için çok önemlidir. Son çalışmalar, çekirdek yakınında yer alan büyük kromatin alanları olan Lamina-İlişkili Alanların (LAD'ler) varlığını ortaya koymuştur. LAD'ler, transkripsiyon seviyelerinin düşük olduğu ve genlerin susturulduğu, heterokromatin özelliklerini gösteren büyük bölgelerdir. LAD'ler transkripsiyonu baskılayan bir ortam olmasına rağmen, bazı genler bu transkripsiyonel baskıdan kurtulabilir, üstelik RNA Polimeraz II gibi bazı transkripsiyonel proteinler LAD'lerde bulunmaz. Bu bulgular, LAD'lerin gen düzenlemesi ve genom organizasyonunda rol oynayabileceğini göstermektedir ancak LAD'lerin rolü ve işlevselliğinin ardındaki fiziksel mekanizmalar büyük ölçüde bilinmemektedir. Bu sorunu ele almak için, LAD'leri ökromatin ve heterokromatin boncuklarından oluşan bir kopolimer olarak modellediğimiz moleküler dinamik simülasyonları kullandık ve çekirdeğin küçük bir kesitinde farklı boyutlardaki transkripsiyon faktörleriyle olan spesifik olmayan etkileşimlerini araştırdık. Sonuçlarımız, LAD'lerin transkripsiyon faktörlerinin nükleer laminanın yakın çevresine erişimini boyutlarına göre sterik olarak engellediğini gösterdi. LAD'ler, nükleer lamina olarak modellenen statik katman üzerine yüksek yoğunlukta adsorbe edilmiş bir polimer gibi davranır. Nükleer çevredeki kromatin ortamının kontrolü, sırasıyla LAD'lerdeki sıkışmayı ve lokalitesini değiştiren kromatin öz-afinitesi ve kromatin-lamina afinitesi gibi fiziksel parametrelerin ayarlanmasıyla mümkündür. İlginç bir şekilde, sıkışma ve lokalite sistemdeki proteinlerin varlığıyla değişmez ve proteinler her kromatin ortamında boyutlarına göre bölümlenir. Sterik engelleme etkisi proteinlerin toplam konsentrasyonun ile değişmez. Genel olarak, sonuçlarımız LAD'lerin nükleer lamina yakınındaki transkripsiyonel mekanizmanın varlığını düzenlemede rol oynadığını göstermektedir. Bu tezdeki çalışmamız, genom organizasyonuna moleküler bir bakış açısı sunan modelleme yaklaşımıyla, LAD'lerin genom organizasyonundaki biyofiziksel rollerine ilişkin gelecekteki araştırmalar için faydalı olacaktır.
Özet (Çeviri)
3D-genome organization within micron-scale cell nucleus is crucial for gene regulation, which can also vary between a healthy cell and a diseased one. Recent studies revealed the presence of lamina-associated domains (LADs) located at the nuclear periphery, which are 0.1-10 MB (megabases) sized domains of chromatin fiber. LADs are considered large regions of chromatin where transcription levels are low and genes are repressed, also biochemically exhibiting the characteristics of a gene repressing environment. Although the environment of LADs is inherently repressive, some genes can escape this repression, while other larger transcription factors, such as RNA Polymerase II are absent in LADs. These observations point out that LADs may control gene regulation and genome organization via their properties as an adsorbed polymer; however, the physical mechanisms behind their role and functionality remain mostly unknown. To address this, we used molecular dynamics simulations in which we modeled LADs as a copolymer that consists of euchromatin and heterochromatin blocks. We investigate its non-specific interactions with the different sizes of protein particles inside of cross section of the nucleus near the periphery. Our results showed that LADs sterically hinder the spherical protein particles with sizes comparable to those of transcriptional factors to the proximity of the nuclear lamina according to their sizes. LADs behave as highly dense adsorbed polymer onto the static layer which is modeled as nuclear lamina. The control of chromatin environment at nuclear periphery is possible by adjusting physical parameters such as chromatin self affinity and chromatin-lamina affinity which alters compaction and localization at LADs respectively. Interestingly, compaction and locality do not change with the presence of proteins in the system, and proteins partition according to their sizes in every chromatin environment. The total concentration of proteins also does not change the hindrance effect. Overall, our results suggest that LADs have a role in regulating the presence of transcriptional machinery near the nuclear lamina. Our study provides a molecular perspective to genome organization via the modeling approach which is useful for future research of LADs biophysical roles at genome organization.
Benzer Tezler
- Biyo bazlı 1,3-benzoksazinlerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of bio-based 1,3-benzoxazines
MERVE ERDEĞER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FÜSUN ŞEYMA KIŞKAN
- Ağaç bazlı panel endüstrisi için düşük formaldehit emisyonuna sahip melamin üre formaldehit reçinesinin geliştirilmesi
Development of melamine urea formaldehyde resin with low formaldehyde emissions for the wood-based panel industry
NESLİHAN KARACA
- Modeling free radical polymerization: Cyclization and chain transfer reactions
Serbest radikal polimerizasyonunun modellenmesi: Siklizasyon ve zincir transferi tepkimeleri
İLKE UĞUR
- Enhancing wastewater treatment efficiency through laccase-mediated biodegradation of trace organic contaminants
Kalıcı organik kirleticilerin laccase aracılı bıodegredasyonu ile atıksu arıtım verimliliğinin artırılması
GÜLTEN YÜKSEK
Doktora
İngilizce
2023
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE ÇOKGÖR
PROF. DR. HUBERT CABANA