Computational and experimental investigation of Ras homodimer formation, Ras-effector interactions and ras shuttling
Deneysel ve hesaplamalı yöntemlerle Ras dimerizasyonunun, Ras efektör etkileşiminin ve Ras'ın taşınmasının incelenmesi
- Tez No: 492510
- Danışmanlar: PROF. DR. ZEHRA ÖZLEM KESKİN ÖZKAYA, PROF. DR. ATTİLA GÜRSOY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyofizik, Biophysics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 156
Özet
Ras proteinleri, hücreye gelen sinyalin iletiminde rol oynayan efektör proteinlerini aktive eder. Rasın aktivasyonu, aktive olan efektör proteinine bağlı olarak, farklı hücresel cevaplar oluşturur. Ras sinyal yolaklarının işleyişi henüz tam olarak bilinmemektedir. Cevaplanması gereken en önemli sorular arasında efektörlerin nasıl kontrol edildiği, ve hücrenin farklı koşullarda ve belirgin kanser tiplerinde bu efektörlerden hangisinin aktive edileceğine nasıl karar verdiği yer almaktadır. Ras'ın monomer olarak fonksiyonel olduğuna inanılmaktadır. Ras, efektörlerinden biri olan Raf'a monomer olarak bağlanabilir. Ancak Raf'ın aktif hale gelebilmesi için dimer oluşturması gerekmektedir. Bu nedenle, Ras dimerinin Raf dimerizasyonunu ve aktivasyonunu teşvik ettiği düşünülmektedir. Ancak, dimerizasyon ile efektör aktivasyonu arasındaki ilişki henüz açık değildir. Bu tezde, Ras dimerizasyonunun yapısal temeli hakkında var olan bilgiyi genişletmek ve dimerizasyonun efektör etkileşimi ve aktivasyonu üzerindeki etkisini incelemek amacıyla hesaplamalı ve deneysel yaklaşımları birleştirdim. Güçlü bir tahmin algoritması olan PRISM'i kullanarak iki dimer arayüzeyi tahmin edildi. β-sheet olarak adlandırdığımız ilk arayüzey Switch I ve efektör bağlanma bölgesinde bulunmaktadır. Helikal araüzey olarak adlandırdığımız ikinci arayüzey Raf'ın dimerizasyonunu teşvik edebilir. Tahmin edilen arayüzeyleri doğrulamak amacıyla bu arayüzeylerdeki bazı amino asitler mutasyona uğratıldı ve bu mutasyonların Ras-Ras etkileşimi ve sinyal iletimi üzerindeki etkilerini incelendi. Sonuçlar K101D/R102E ve R41E/K42D mutasyonlarının hücredeki Ras konsantrasyonunu düşürdüğünü, dolayısıyla MAPK sinyal iletimini etkilediğini göstermektedir. Ayrıca, sonuçlar R41E/K42D mutasyonunun Ras-Raf etkileşimi üzerinde de bir etkisi olabileceğine işaret etmektedir. Sinyalin iletilebilmesi için Ras proteinlerinin plazma membranında lokalize olmaları gerekir. Phosphodiesterase-δ (PDEδ) proteininin bazı farnezillenmiş Ras izoformlarına bağlandığı ve onları membrane taşıdığı bilinmektedir. Ras/PDEδ etkileşimini MD simulasyonları ile incelendi. Önceki çalışmalar, PDEδ'nın K-Ras4B ve N-Ras izoformlarını membrandan ekstrakte ettiğini ancak K-Ras4A'i edemediğini göstermektedir. Simulasyonlar, PDEδ'nın her üç izoforma da farklı afinitelerle bağlanabildiğini göstermektedir. PDEδ'nın K-Ras4A izoformuna daha zayıf bir şekilde bağlandığı ve bu izoformun membran ile daha kuvvetli etkileştiği göz önüne alındığında, PDEδ'nın K-Ras4A izoformunu membrandan neden ekstrakte edemediği açıklanabilir.
Özet (Çeviri)
Ras proteins recruit and activate effectors that transmit receptor-initiated signals. Activation of Ras elicits a wide variety of cellular responses depending on the specific effector that becomes activated. However, Ras signaling cascades are still not entirely understood. How the effectors are regulated, and how the cell decides among them under different environments and in distinct cancers is still not elucidated completely. Ras is believed to function as a monomer. Monomeric Ras can bind Raf, a Ras effector; however, activation of Raf requires its dimerization. Since Raf alone does not form a stable dimer, dimeric Ras was thought to promote dimerization and activation of Raf. But, how Ras dimerizes and this dimerization relates to activation of effectors is still unclear. The aim of this dissertation is to elucidate the structural basis of Ras dimerization and investigate the effect of dimerization on effector binding and activation. To this end, experimental and computational approaches were combined. Computationally, I predicted two major dimer interfaces by employing PRISM (PRotein Interactions by Structural Matching). The first, highly populated β-sheet dimer interface is mapped to Switch I and effector binding regions. The second helical interface may promote Raf's activation. To validate the predictions, some of the residues at the dimer interfaces were mutated to investigate the effect of these mutations on Ras-Ras interaction and signaling. Here, K101D/R102E and R41E/K42D double mutations on the helical and beta interfaces, respectively, decreased Ras concentration, thus affected MAPK signaling. R41E/K42D double mutation had an additional effect on MAPK signaling, most probably through the interfering with Ras-Raf interaction. To signal, Ras isoforms must be enriched at the plasma membrane (PM). It was suggested that phosphodiesterase-δ (PDEδ) can bind and shuttle some farnesylated Ras isoforms to the PM. To study Ras/PDEδ interactions, I performed MD simulations. Earlier data suggested that PDEδ extracts K-Ras4B and N-Ras from the PM; but surprisingly not K-Ras4A. The simulations suggest that PDEδ can bind to farnesylated K-Ras4A and N-Ras like K-Ras4B – albeit not as strongly. This weaker binding, coupled with stronger anchoring of K-Ras4A in the membrane, can explain the observation of why PDEδ is unable to effectively extract K-Ras4A.
Benzer Tezler
- Köprü ayaklarının su yüzü profiline etkisinin deneysel ve sayısal araştırılması
Experimental and numerical investigation of the effect of bridge pi̇ers on water surface profile
AHMET MESUT ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
İnşaat MühendisliğiErciyes Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ALPER ÖNER
- Kaynak kısıtlı proje programlama problemlerinin çözümü için yeni yöntem ve algoritmalar
New methods and algorithms for solving the resource-constrained project scheduling problem
İHSAN UĞUR
- Computational and experimental investigation of the critical role of twinning on the plastic deformation of highmanganese austenitic steels and pseudoelasticity of niti shape memory alloys
İkizlemenin yüksek manganlı östenitik çeliklerin plastik deformasyonu ve niti şekil hafıza alaşımlarının süperelastisitesi üzerindeki krıtik rolünün sayısal ve deneysel incelemesi
BERKAY GÜMÜŞ
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Computational and experimental investigation of low frequency noise in passenger vehicles
Binek araçlardaki düşük frekanslı gürültünün hesaplamalı ve deneysel yöntemlerle araştırılması
AKIN OKTAV
Doktora
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNAY ANLAŞ
DOÇ. DR. ÇETİN YILMAZ
- Computational and experimental investigation of catalytic hydrogen production from ethanol
Etanolden katalitik hidrojen üretiminin hesaplamalı ve deneysel yöntemlerle incelenmesi
ENİS ÖRÜCÜ