Computational assessment of the effect of allosteric mutations on the dynamics of pdz domains
Pdz bölgelerinde dinamiklerinde allosterik mutasyonların etkisinin karşılaştırılması
- Tez No: 507358
- Danışmanlar: PROF. DR. CANAN ATILGAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyofizik, Biyomühendislik, Biophysics, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyokimya ve Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 57
Özet
PDZ bölgeleri içeren proteinler sinyalleşme, hücre-hücre iletişimi, sinyalleşme komplekslerinin organizasyonu gibi hücreler arası etkileşimlerde yer alırlar. PDZ bölgeleri 90 ila 100 aminoasit içeren küçük proteinlerdir. Bununla birlikte, karboksil terminalindeki ekstra alfa sarmal yapısı, PSD-95'in üçüncü PDZ bölgesine stabilize edici ve allosterik iletişime katılan seçici bir yapısal özellik kazandırır. PDZ bölgeleri, önemli yapısal değişikliklere yol açmayan allosteriyi anlamak için en çok çalışılan modeller moleküllerdir. Bir değişiklik, uzak bir bölgede başka bir değişikliği tetikler ve bu“değişikliklerin”kaynağı, bir molekül bağlama olayı, genetik çeviri sonrası modifikasyon, mutasyon veya ışık soğurumu gibi bölgesel sarsımlardır. Mutasyonlar proteinin stabilizasyonunu değiştirebilir ve proteini ligand bağlanması için açık veya kapalı duruma getirebilir. Ayrıca aktif bölgede değişikliğe sebep olarak ligand tercihini etkileyebilirler. Bu çalışmada, mutasyonların allosterik regülasyonlara yol açan sebepleri ve ligand tercihleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Postsinaptik yoğunluk 95 (PSD-95) proteininin üçüncü PDZ bölgesi model sistem olarak kullanılarak; doğrudan bağlanma bölgesiyle ilişkili H372 ve bağlanma bölgesinden biraz uzaktaki G330 amino asitleri, allosterik mutasyonların protein dinamiği üzerindeki etkisini anlamak için seçilmiştir. Literatürde H372A ve G330T / H372A mutasyonlarının ligand tercihlerini sınıf I'den (ligandın 2. pozisyonunda T / S kalıntı tercihi) sınıf II'ye (ligandın 2. pozisyonunda hidrofobik amino asit tercihi) değiştirdiği gözlenmiştir. Öte yandan G330T mutasyonu hem sınıf I hem de sınıf II tip ligandların kabul edilmesine yol açar. Bu sebeple, H372A 'sınıf değiştirme mutasyonu', G330T mutasyonu 'sınıf köprüleyen mutasyon' olarak adlandırılır. Üçüncü PDZ bölgesinin yabanıl tip, H372A ve G330T tek mutasyonlu ve her iki mutasyonu da barındıran durumları için, her iki tip ligandın varlığında ve yokluğunda 200 ns'lık moleküler dinamik simülasyonlarını ikişer defa gerçekleştirdik. Karşılaştırmalı çalışma, allosterik iletişimin tetiklenmesinde ve engellenmesinde etkili olan dinamiklerdeki değişimlerin belirlenmesine yardımcı olmaktadır. Serbest enerji değişimleri hesaplamaları ve simülasyon süreçlerinin detaylı analizleri ile, 'sınıf birleştiren' (G330T) ve 'sınıf değiştiren' (H372A) mutasyonların; PDZ bölgelerinin davranışı, ligand tercihleri ve bağlanma afiniteleri üzerindeki etkileri açıklanmıştır. Çalışmamız, bu proteinde gözlemlenen allosterinin“genel uyum”görüşünün, bölgeden bölgeye bağlantıyı tanımlamak için, efektör ve bağlanma alanları arasında doğrudan bir bağlantı olduğunu kabul eden“yolak anlayışı”na göre daha iyi bir tanım olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
PDZ domain-containing proteins are involved in intercellular interactions such as trafficking, signaling, cell to cell communication and organization of signaling complexes. PDZ domains are themselves small proteins which typically consist of 90 to 100 amino acids. However, the extra α helix structure at the carboxyl terminus introduces a selective structural feature to the third PDZ domain of PSD-95 which has a stabilizing effect and participates in allosteric communication. PDZ domains are the most commonly studied models to understand single domain allostery without resulting in significant structural changes. One change triggers another change at distal site, and the source of the 'changes' are localized perturbations such as a binding event, posttranslational modification, a mutation or light absorption. Mutations can alter the stabilization of the protein and result ON or OFF state for ligand binding. They can also cause a change in the active site and affect the ligand preference. Here we investigate the reasons leading to the allosteric regulation of mutations and their effect on the ligand preferences. By using third PDZ domain of postsynaptic density 95 (PSD-95) as a model system H372 directly connected to the binding site and G330 with a somewhat removed position were selected to assess the effect of allosteric mutations on the dynamics. In the literature, it was observed that the H372A and G330T/H372A mutations change ligand preferences from class I (T/S amino acid preference at position 2 of the ligand) to class II (hydrophobic amino acid preference at position 2 of the ligand). On the other hand, the G330T mutation leads to the recognition of both class I and class II types of ligands. Therefore, H372A is a 'switching mutation' while G330T mutation is 'class bridging'. We have performed 200 ns molecular dynamics simulations for wild-type, H372A, G330T single mutants and a double mutant of third PDZ domain in the absence and presence of both types of ligands. The comparative study helps to identify the changes in the dynamics that are effective in the onset and prevention of allosteric communication. With the combination of free energy difference calculations and a detailed analysis of MD trajectories, the behavior of the PDZ domain under the mutations, which are 'class bridging'(G330T) and 'class changing'(H372A), and their effects on the ligand preferences and binding affinities are explained. We show that the ensemble view of allostery provides a better description of site-to-site coupling rather than a pathway view that assumes a direct connection between the effector and binding sites.
Benzer Tezler
- Experimental and computational assessment of high-temperature properties in ti-based high entropy alloys
Ti-bazlı yüksek entropili alaşımların yüksek sıcaklık özelliklerinin deneysel ve hesaplamalı değerlendirilmesi
ALIREZA NAZARAHARI
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DEMİRCAN CANADİNÇ
- Optimization of structures in the frequency domain
Yapıların frekans uzayında optimizasyonu
ALİYYE KARA
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUĞAN
PROF. DR. İBRAHİM EKSİN
- Critical assessment of the methods and the features used for hot spot prediction at protein-protein interfaces
Protein-protein ara yüzlerindeki sıcak noktaların tahmininde kullanılan metotların ve özelliklerin kritik değerlendirmesi
SELİN KARAGÜLLE
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKoç ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATTİLA GÜRSOY
PROF. DR. ÖZLEM KESKİN
- GR6J hidrolojik modelindeki artık yağış ayrıştırma sabitinin model kalibrasyonuna etkisi
Effect of residual rainfall separation constant on model calibration in the GR6J hydrological model
HALİL İBRAHİM DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET CÜNEYD DEMİREL
- Computational fluid dynamics modeling the store separation from a jet trainer aircraft
Jet eğitim uçağından mühimmat ayrılmasının hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile modellenmesi
ZİYA COŞAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ