A computational study investigating the communication network within proteins and the change in their dynamics upon ligand binding, mutation and post-translational modifications
Proteinler içindeki iletişim ağını ve ligand bağlama, mutasyon ve çeviri sonrası değişiklikler üzerindeki dinamiklerindeki değişimi inceleyen hesaplamalı bir çalışma
- Tez No: 610917
- Danışmanlar: PROF. DR. BURAK ERMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyofizik, Biyoloji, Biophysics, Biology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 198
Özet
Bu tez, ligand veya protein bağlanması, mutasyon ve fosforilasyon veya metilasyon gibi translasyon sonrası değişiklikler üzerine hesaplanmış metotlar kullanılarak biyomoleküllerdeki dinamik ve yapı değişikliklerini analiz eder. Bu çalışma boyunca kullanılan hesaplama yöntemleri biyofizik tabanlıdır; harmonik etkileşim ve moleküler dinamik (MD) temelli yaklaşımlar kullanılmıştır. Birinci bölümde, entropi transfer kavramı, proteinlerdeki allosterik iletişim ağını saptamak için kullanılmıştır ve Moleküler Dinamik tabanlı ve Gaussian Ağ Modeli tabanlı yaklaşımlar kullanılarak artık çiftler arasındaki sürücü odaklı ilişkiler tanıtılmıştır. İkinci bölümde, nano gövdeler olarak adlandırılan devegiller tarafından üretilen antikorların özel bir türevi olan nanobodyler insanlar için optimize edilmiştir ve belirli bir nanobody'i belirli bir antijene optimize etmek için spesifik tasarım kriterleri ve yöntemleri getirilmiştir. Moleküler dinamik bir simülasyondan güvenilir sonuçlar almak için daha uzun simülasyonlar yapılmalıdır. Birkaç kısa MD simülasyonu çalıştırarak örneklemeyi geliştirmek için, simülasyonlardaki gürültüyü bir Latent Semantic Indexing analizi ile gidererek en önemli hareketlerin filtrelenmesi gerekir. Bu yöntem MEK1 proteininin üç kısa MD simülasyonundan konformasyonel örnekleme kalitesini arttırmak için kullanılır ve filtrelenmiş ve filtrelenmemiş yörüngelerin kalıntı dalgalanmaları karşılaştırılır. Takip eden bölümde Raf bağlama ve takip eden fosforilasyon olayından sonra MEK1 proteininin aktivasyon mekanizması incelenmiştir. Ligand bağlanmasının ve mutasyonun MEK1 dinamiği üzerindeki etkisi ortaya çıkarılmış ve bu olayların MEK1 ve çift fosforile edilmiş MEK1 üzerindeki etkileri karşılaştırılmıştır. Son bölümde, DNA metilasyonunun metil bağlayıcı protein afiniteleri üzerindeki etkisi araştırılmış ve bağlama bölgesinin hidrasyonunun etkisi açıklanmıştır. MeCP2 ve MBD2 proteinleri bu etkileri araştırmak için kullanılır ve bağlanma afiniteleri Steered Molecular Dynamics simülasyonları kullanılarak karşılaştırılır. Biyoloji kendini bilgisayara adapte etmiştir ve hesaplamalı yöntemler biyolojik kavramları kolayca test edilebilir hale getirmiştir. Matematik, fizik, istatistik ve hesaplama yöntemlerinin entegrasyonu ile fikirler hipotezler halinde şekillenecek ve hesaplama yöntemleri ile üretilen büyük miktarda veri deneysel çalışmaları yönlendirecek ve şekillendirecektir.
Özet (Çeviri)
The thesis analyses the dynamic and structure changes in biomolecules upon ligand or protein binding, mutation and post translational modifications such as phosphorylation or methylation by using computational methods. The computational methods utilized throughout this study are biophysics based; harmonic interaction and molecular dynamics (MD)-based approaches. The entropy transfer concept is used to detect allosteric communication network in proteins in first chapter and the driver-driven relationships between residue pairs are introduced, by using Molecular Dynamics based and Gaussian Network Model based approaches. In second chapter, a special derivative of antibodies produced by camelids named as nanobodies are optimized for humans and specific design criteria and methods are introduced to optimize a given nanobody to a specific antigen. Longer simulations must be conducted in order to get reliable results from a Molecular dynamics simulation. To enhance sampling by running several short MD simulations, most important motions must be filtered out by removing the noise in the simulations by a Latent Semantic Indexing analysis. This method is used to enhance conformational sampling quality from three short MD simulations of MEK1 protein and residue fluctuations of the filtered and unfiltered trajectories are compared. In the following chapter the activation mechanism of MEK1 protein upon Raf binding and following phosphorylation are investigated. The effect of ligand binding and mutation on MEK1 dynamics are revealed and the effects of these events on MEK1 and dual phosphorylated MEK1 are compared. In the final chapter the effect of DNA methylation on methyl binding protein affinities are investigated and the effect of hydration of the binding site is explained. MeCP2 and MBD2 proteins are used to investigate these effects and the binding affinities are compared by using Steered Molecular Dynamics simulations. Biology adapted itself to computer and computational methods makes biological concepts easily testable. With the integration of mathematics, physics, statistics and computational methods the ideas will shape into hypotheses and large amount of data produced by computational methods will direct and shape experimental studies.
Benzer Tezler
- Application of a voting-based ensemble method for recognizing seven basic emotions in real-time webcam video images
Gerçek zamanlı web kamerası video görüntülerinde yedi temel duygunun tanınmasına yönelik oylamaya dayalı topluluk yönteminin uygulanması
AHMET TUNAHAN ŞANLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolÇankaya ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT SARAN
- UHEM veri merkezi ısıl profilinin deneysel incelemesi ve CFD analizi
Experimental investigation of UHEM data center termal profile and CFD analysis
İSMAİL TÜRKMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAKUP ERHAN BÖKE
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAMZA SALİH ERDEN
- Bir çizgenin eksantrik çizgesi ve yapısal özellikleri
Eccentric graph of a graph and its structural properties
ESMA ELYEMANİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
MatematikNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEZER SORGUN
- Reduction of the frequency out-of-band emissions on filter bank multi-carrier 5G waveform
Filtre banka çok taşıyıcı 5G dalga formu üzerindeki frekans bant dışı emisyonların azaltılması
AHMED JUMAAH DHEYAB DHEYAB
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. Oguz KARAN
- Secure multi-antenna transmission with finite-alphabet signaling
Sonlu girdi setine sahip sinyallerle çok antenli güvenli iletim
SINA REZAEI AGHDAM
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TOLGA METE DUMAN