The investigation of mechanistic differences of Rac1P29S and Rac1A159V activation via molecular dynamics simulations
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 667942
- Danışmanlar: PROF. DR. ZEHRA ÖZLEM KESKİN ÖZKAYA, PROF. DR. ATTİLA GÜRSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyofizik, Biyokimya, Biyomühendislik, Biophysics, Biochemistry, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Hesaplamalı Bilimler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Rac1, aktin yeniden organizasyonu, hücre hareketliliği, hücre hayatta kalması ve büyümesinin yanı sıra çeşitli kanser türleri ve nörodejeneratif hastalıklarda anahtar roller oynayan küçük bir GTPazdır. Diğer Ras süper ailesi GTPaz'larına benzer şekilde, Rac1, GTP'ye bağlı aktif ve GDP'ye bağlı inaktif haller arasında geçiş yapar. Rac1 aktif haldeyken Pak ailesi kinazlar dahil olmak üzere çeşitli aşağı akış efektörlerine sinyal verir. Switch I ve switch II bölgeleri GDP/GTP değişimi sırasında açılıp kapanmaktadır. Rac1P29S ve Rac1A159V (K-RasA146 paraloğu) en sık gözlemlenen somatic Rac1 mutasyonlarıdır. Rac1P29S melanomda sıkça görülem bir mutasyondur. B-RafV600 ve N-RasQ61 mutasyonlarından sonra güneşe maruz kalınan melanomda üçüncü en çok görülen mutasyondur. Bu iki mutasyon da görece yeni keşfedilmiştir ve daha detaylı incelenmeye gereksinim duymaktadır. Bu tezde, Rac1P29S ve Rac1A159V mutasyonlarının Rac1 dinamiğini nasıl değiştirdiği moleküler dinamik simülasyonuyla araştırılmıştır. Toplamda Rac1WT-GTP, Rac1WT-GDP, Rac1P29S-GTP, Rac1P29S-GDP, ve Rac1A159V-GTP olmak üzere beş system simüle edilmiştir. Burada Rac1WT-GTP ve Rac1WT-GDP sistemleri control amaçlı kullanılmıştır. Switch bölgeleri GDP/GTP değişimi için önemli olduğundan, simülasyonların analizlerinde switch bölgelerinin konsformasyonal değişimlerine ve nükleotite bağlanan amino asitlerdeki değişimlere odaklanılmıştır. Bu tez P29S ve A159V mutasyonlarının Rac1'I farklı mekanizmalarla active ettiğini savunmaktadır. Rac1P29S-GTP sisteminde prolinden serine olan amino asit değişimi switch I bölgesinin esnekliğini değiştirmektedir ve bu bölgeyi açık bir halde tutmaktadır. Bu açık konformasyonun Rac1P29S'nin hızlıbir şekilde GDP/GTP değişimi yapabilmesinin sebeplerinden biri olduğunu savunmaktayız. Öte yandan, Rac1A159V-GTP sisteminde Rac1 ile GTP'nin guanosin halkası arasındaki bağları kopmakta ve bu guanosine halkasının switch I'e doğru hareket etmesine ve dolayısıyla bu bolgeyi kapatmasına yol açmaktadır. Rac1P29S-GTP ve Rac1A159V-GTP sistemlerinin switch II bölgeleri iki sistemde de Rac1WT-GTP sistemine kıyasla kapalı bir halde stabilize olmuştur. Rac1A159V-GTP, Ras proteinlerinin state 2 haline benzer bir yapıya sahiptir, çünkü iki switch bölgesi de kapalı bir konumdadır, bir switch I amino asidi Thr35 nücleotit ile hidrojen bağı kurmaktadır ve bir switch II amino asidi Gly60 de nükleotit ile etkileşmektedir. Rac1WT-GTP, Rac1P29S-GTP ve Rac1A159V-GTP'nin farklı hallerde stabilize olmuş olması bu üç sistemin de Rac1 regülatörleri ve aşağı efektörleriyleriyle farklı şekillerde etkileşmesine yol açacağı tahmin edilmektedir.
Özet (Çeviri)
Rac1 is a small GTPase which plays key roles in actin reorganization, cell motility, cell survival/growth as well as in various cancer types and neurodegenerative diseases. Similar to other Ras superfamily GTPases, Rac1 switches between GTP-bound active and GDP-bound inactive states. When active, Rac1 signals to various downstream effectors including Pak family kinases. The switch I and switch II regions open and close during GDP/GTP exchange. Rac1P29S and Rac1A159V (paralogous to K-RasA146) mutations are the two most common somatic mutations of Rac1. Rac1P29S is a known hotspot for melanoma, where it is the third most occurring mutation after B-RafV600 and N-RasQ61 mutations. Rac1A159V is most commonly observed in head and neck cancer. Both mutations are relatively newly discovered and require better characterization. In this thesis, how the mutations Rac1P29S and Rac1A159V differ the Rac1 dynamics is investigated by using molecular dynamics simulations. A total of five systems are simulated as follows: Rac1WT-GTP, Rac1WT-GDP, Rac1P29S-GTP, Rac1P29S-GDP, and Rac1A159V-GTP. Here, wild-type systems are considered as the control groups. For the analysis of the simulation trajectories, we focused on the conformational changes of switch regions and changes in nucleotide binding residues as these changes are important for GDP/GTP exchange of Rac1. This thesis suggests that P29S and A159V mutations activate Rac1 with different mechanisms. In the Rac1P29S-GTP system, proline to serine substitution changes the flexibility of the switch I region and keeps the switch in an open conformation. We propose that the open conformation of switch I region is one of the underlying reasons for rapid GDP/GTP exchange of Rac1P29S. On the other hand, in Rac1A159V-GTP, some of the contacts of guanosine ring of GTP with Rac1 temporarily lost, enabling guanosine ring to move towards switch I region and subsequently close the switch. The switch II regions of both Rac1P29S-GTP and Rac1A159V-GTP systems are stabilized in a closed conformation with respect to the Rac1WT-GTP system. Rac1A159V-GTP adopts a conformation similar to Ras state 2, where both switch regions are in closed conformations, switch I residue Thr35 forms a hydrogen bond with the nucleotide, and switch II residue Gly60 also interacts with the nucleotide. The fact that all Rac1WT-GTP, Rac1P29S-GTP, and Rac1A159V-GTP are stabilized with different conformations suggests that all three systems would interact with Rac1 regulators and downstream effectors differently.
Benzer Tezler
- The investigation of the effects of mechanistic target of rapamycin inhibition and melatonin treatment on glioblastoma In Vitro
Rapamisinin mekanistik hedefinin inhibisyonu ve melatonin tedavisinin glioblastoma üzerindeki etkilerinin In Vitro araştırılması
EMAN ELSAID MAHFOUD ELBANOUNI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
FizyolojiYeditepe ÜniversitesiFizyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BURCU GEMİCİ BAŞOL
DR. CİHAN SÜLEYMAN ERDOĞAN
- Multiscale computational investigation of the kynurenine 3-monooxygenase catalyzed hydroxylation reaction
Kinürenin 3-monooksijenaz katalizli hidroksilasyon tepkimesinin çok boyutlu hesaplamalı kimya yöntemleriyle incelenmesi
YILMAZ ÖZKILIÇ
- Molecular and functional investigation of disease-associated cytoskeletal proteins protrudin and MYO1H
Hastalık ilişkili sitoskeletal proteinler protrudin ve MYO1H'nin moleküler ve fonksiyonel araştırılması
ECE SELÇUK ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2024
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARZU KARABAY KORKMAZ
- Development of a hybrid methodology for investigation and manipulation of functional mechanisms of biological macromolecules with a focus on non-globular proteins
Globüler olmayan proteinler kapsamında biyolojik makromoleküllerin işlevsel mekanizmalarının incelenmesi ve manipülasyonu için hibrid bir yöntemin geliştirilmesi
BURÇİN ACAR
Doktora
İngilizce
2021
BiyofizikBoğaziçi ÜniversitesiPROF. DR. AHMET ADEMOĞLU
PROF. DR. TÜRKAN HALİLOĞLU