An integrated computational and experimental approach to allosteric control mechanism of biomolecular processes
Biyomoleküler süreçlerin alosterik kontrol mekanizmasına hesaplamalı ve deneysel entegre bir yaklasım
- Tez No: 459386
- Danışmanlar: PROF. DR. TÜRKAN HALİLOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyofizik, Kimya Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Biophysics, Chemical Engineering, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 230
Özet
Proteins are flexible and dynamic in nature and can undergo structural rearrangements to perform their functions. The motivation of this thesis is to develop a novel integrated computational and experimental approach to understand the allosteric control of conformational transitions and molecular recognition. In the first part, a novel methodology called Collective Modes Bias Exchange Metadynamics (CM-BexMetaD) was developed and transition and allosteric control of transition of Adenylate kinase was investigated. In the second part, allosteric control of binding of proteins were studied through Elastic Network Models (ENM), Molecular Dynamics (MD), in-vitro imaging and Dynamic Force Spectroscopy (DFS) using AFM. A strong association between the hinge positions of global modes and allosteric mutations was shown by a large scale statistical analysis. The binding behavior of pyrin domain (PYD) and assembly formation of ASC protein was studied in-silico supported by in-vitro experiments and the results showed that, the ASC speck is an organized structure and the interaction of the domains are controlled via hinge residues. Further, the allosteric control of binding have been elucidated on the kinesin- αβ-tubulin and Rac1-PAK1 interactions by prediction of hinge residues that would affect the binding behavior of proteins and then the resulting change in the binding energy landscape were investigated by DFS and last the mechanistic explanation of the alteration of the allosteric communication network was studied via MD studies. Both kinesin- αβ-tubulin and Rac1-PAK1 protein complexes have alternative dissociation pathways where hinge residues as mechanistically key sites that allosterically control the binding behavior of molecules.
Özet (Çeviri)
Proteinler esnek ve dinamik yapılardır ve işlevsel yapısal değişimler gösterirler. Bu tezin ana motivasyonu, konformasyonel geçişlerin ve moleküllerin bağlanma süreçlerinin alosterik kontrolünü anlamaya yönelik hesaplamalı ve deneysel entegre bir yöntem geliştirmektir. Oncelikle, kararlı yapılar arasındaki geçişler ve serbest enerji yüzeylerini belirlemeye yönelik, Kolektif Modlar Bayas Değişimli Metadinamik (CM-BexMetaD) olarak adlandırılan özgün bir yöntem geliştirilmiştir. Adenilat kinaz enziminin birçok ara yapısı belirlenmiş ve menteşe bölgelerinin alosterik etkisi gösterilmiştir. Ikinci bölümde, ENM, moleküler dinamik (MD), in-vitro görüntüleme ve Atomik Kuvvet Mikroskopu-Dinamik Kuvvet Spektroskopisi (AFM-DFS) yöntemleri ile proteinlerin bağlanma mekanizmalarının alosterik kontrolu üzerine çalışılmıştır. SKEMPI veritabanindaki mutasyonlar ile menteşe bölgeleri arasındaki kuvvetli ilişki, geniş çaplı istatistiksel bir analiz ile gosterilmistir. In-silico ve in-vitro deneyler ile PYD ve ASC proteinlerindeki menteşe bölgelerindeki mutasyonlarin bağlanma davranışı üzerindeki etkisi çalışılmıştır. ASC zerreciklerinin en az iki seviyeli organize yapılar olduğu ve menteşe bölgeleri aracılığı ile kontrol edildiği belirlenmiştir. Bunlara ek olarak, AFM-DFS yöntemini kapsayan hibrit bir yaklaşım geliştirilerek, protein-protein bağlanma mekanizmalarinin menteşe bölgeleri aracılığı ile alosterik olarak kontrol edildiği, kinezin-αβ-tübülin ve Rac1-PAK1 etkileşimleri üzerinden ortaya konulmuştur. Alosterik haberleşme ağındaki değişimin mekanik izahı ise MD simülasyonları ile belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar ile kinezin-αβ-tübülin ve Rac1-PAK1 kompleks yapılarının alternatif ayrılma patikalarına sahip oldukları ve menteşe bölgelerinin bağlanma davranışlarını alosterik olarak kontrol eden anahtar bölgeler olduğu ortaya konulmuştur.
Benzer Tezler
- Combining ionic liquids with metal organic frameworks for CO2capture and separation applications
Başlık çevirisi yok
MUHAMMAD ZEESHAN
Doktora
İngilizce
2021
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER UZUN
PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI
- An integrated approach to vehicle routing and multi-dimensional packing problems
Araç rotalama ve çok boyutlu yükleme problemlerine entegre bir yaklaşım
MUSTAFA KÜÇÜK
Doktora
İngilizce
2023
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞEYDA AYŞE YILDIZ
- Computing and knitting: experiments on tailoring concrete and knitted textile for shell structures
Hesaplama ve örme: kabuk strüktürlerde beton ve örüşmüş tekstilin biraradalığı üzerine deneyler
SERENAY ELMAS
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEMA ALAÇAM
- Integrated computational and experimental studies of microalgal lipids production
Birleştirilmiş deneysel ve programsal, mikroalglerden biodizel ve kimyasal üretimi çalışması
MESUT BEKİROĞULLARI
Doktora
İngilizce
2017
Kimya MühendisliğiThe University of ManchesterKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CONSTANTINOS THEODOROPOULOS
- Adaptive symbol glossary for pattern based cognitive communication system
Örüntü tabanlı bilişsel haberleşme sistemi için uyarlamalı sembol sözlüğü
HUSAM Y. I ALZAQ
Doktora
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. BURAK BERK ÜSTÜNDAĞ