Structural bioinformatics analysis of the candidate tumor suppressor protein CTCF
Aday tümör baskılayıcı protein CTCF'in yapısal biyoenformatik analizi
- Tez No: 687354
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ KIVANÇ KÖK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoistatistik, Biyoteknoloji, Genetik, Biostatistics, Biotechnology, Genetics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyoenformatik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Genomun ''baş dokumacısı'' olarak yaygın bir şekilde tanınan CCCTC-bağlayıcı faktör (CTCF) çok iyi korunmuş bir transkripsiyon faktörü ve mimari proteindir. CTCF üzerine yapılan konvansiyonel araştırmalar esasen karşılaştırmalı genomik, CTCF hedef bölgeleri ve 3D genom organizasyonu perspektifinden fonksiyonel özelliklerine odaklanmıştır. Bununla ilgili olarak, bu düzenleyici proteinin kanserle ilişkili yönleri büyük ölçüde bilinmemektedir. CTCF'in işlevsel çok yönlülüğü ve ilgili deneysel bulguların eksikliğinden nedeniyle, şu anki literatür CTCF'i kanserle ancak zayıf bir şekilde, aday tümör baskılayıcı protein olarak ilişkilendiriyor. Son zamanlardaki çabalar Çinko Parmak (ÇP) 3'te oluşan, kanserle ilgili üç tek amino asit CTCF varyasyonunu (isimlendirecek olursak R339W, K344E, H345R'yi) vurguladı. Bu mutasyonlar üzerine CTCF'in DNA hedef bölgelerine bağlanmasının azaldığı araştırılan CTCF hedef bölgelerin çoğunda gösterildi. Yine de, gözlemlenen farklı bağlanma modellerinin mekanik yönleri halen büyük ölçüde anlaşılmamıştır. Buna paralel olarak, yapısal biyoinformatik ıslak laboratuvar gözlemlerinin tamamlamada ve aday tümör baskılayıcı protein hipotezini geliştirmede yararlı olabilir. Bu tez, yukarıda bahsedilen üç varyasyona odaklanarak moleküler dinamik (MD) simülasyonları ile birlikte, birincil dizi ve 3D yapı tabanlı hesaplama tahminlerini kullanarak bu konudaki araştırma boşluğunu doldurmayı amaçlamıştır. İlk olarak, mevcut protein yapısal verinin koruma, düzensizlik ve B-faktörü bilgisi ile entegrasyonu CTCF proteini içindeki korunmuş ve düzensiz bölgeleri betimledi. Bu adım ayrıca, araştırılan üç amino asidin hayvanlarda yüksek oranda korunduğunu belirlemiştir. Bu da ilgili mutasyonlar için geniş bir fonksiyonel sonuç öne sürer. İkinci olarak, seçilen varyasyonların protein yapısal kararlılığı üzerindeki patojenitesi ve etkisi, bilinen CTCF dizisi ve yapısına dayalı olarak biyoinformatik veri tabanları ve hesaplamalı biyoloji araçları kullanılarak tahmin edildi. Sonuçlar araştırılan sübstitüsyonların hepsinin hasar verici etkisinin bulunabileceğini ve aralarında R339W varyasyonunun en patojenik olduğunu öne sürüyor. Son olarak, vahşi tip ve mutant CTCF proteinlerinin karşılaştırmalı moleküler dinamik (MD) analizi, incelenen dizi-yapı ilişkisi hakkında derinlemesine bir bakış kazandırdı. MD yörünge analizleri, global düzeyde önemli değişiklikler tespit etmedi, fakat bunun yerine analiz edilen sistemler arasında, özellikle ZF3'te, mutasyonların yerel etkisini gösteren bazı bölgesel farklılıkları ortaya çıkardı. Şaşırtıcı bir şekilde, gerçekleştirilen yapısal biyoinformatik analizleri, bir yandan en şiddetli yapısal etkiye sahip mutasyon olarak R339W varyasyonunu yeniden vurgularken, diğer yandan da H345R mutasyonu üzerine Zn iyonunun kaybını ortaya çıkardı. Sonuç olarak, elde edilen bulgular, bu iki mutasyonun fenotipte ortaya çıkma olasılığının K344E'den daha yüksek olduğunu gösterir. Genel olarak, bu çalışma, yapısal özelliklerini aydınlatarak ve seçilen kanserle ilgili mutasyonların onkojenisitesini aydınlatarak varsayılan tümör baskılayıcı CTCF'in işlevi hakkında yeni bakışlar sağlar. CTCF ile ilgili gelecekteki çalışmaların kanserin daha derin anlaşılmasına katkıda bulunması bekleniyor. Bu tür potansiyel ilerleme sonuçta yeni translasyonel uygulamaların yolunu açabilir.
Özet (Çeviri)
CCCTC-binding factor (CTCF) is an extremely well-conserved transcription factor and architectural protein, which is widely recognized as a ''master weaver'' of the genome. Conventional research on CTCF has mainly focused on its functional properties from the perspective of comparative genomics, CTCF target sites, and 3D genome organization. Relatedly, cancer-associated aspects of this regulatory protein remain largely unknown. Due to the functional versatility of CTCF and lack of related experimental findings, current literature only loosely implicates this protein in cancer as a candidate tumor suppressor protein. Recent efforts have highlighted three cancer-related CTCF single amino acid variations, namely R339W, K344E, H345R, which occur in the Zinc Finger (ZF) 3. Decreased CTCF binding to its DNA target sites upon these mutations was demonstrated in the majority of the investigated CTCF target sites. Still, mechanistic aspects of the observed differential binding patterns have remained mostly elusive. Concordantly, structural bioinformatics can be instrumental in complementing wet-lab observations and refining the candidate tumor suppressor protein hypothesis. This thesis aimed to fill this research gap using primary sequence and 3D structure-based computational predictions along with molecular dynamics (MD) simulations by focusing on three aforementioned variations. Firstly, integration of the available protein structural data together with the conservation, disorder, and B-factor information delineated conserved and disordered regions within CTCF protein. This step also determined that the three investigated amino acids are highly conserved in animals, which suggests a broad functional consequence for the respective mutations. Secondly, the pathogenicity and impact of the selected variations on the protein structural stability were predicted using bioinformatics databases and computational biology tools based on the known CTCF sequence and structure. The results suggest that all investigated substitutions have a damaging effect and that the R339W variation is the most pathogenic one among them. Finally, comparative molecular dynamics (MD) analysis of wild-type and the mutant CTCF proteins yielded an in-depth view of the studied sequence-structure relationship. MD trajectory analyses did not detect substantial changes on the global level but rather revealed some regional differences between the analyzed systems, especially in the ZF3, hinting at the local effect of the mutations. Intriguingly, the performed structural bioinformatics analysis on the one hand re-emphasized the R339W variation as the mutation with the most drastic structural impact and on the other hand uncovered loss of Zn ion lost upon H345R mutation. All in all, the obtained finding indicates that these two mutations but are likely to be manifested in the phenotype than K344E. Overall, this work provides novel insights into the putative tumor suppressor function of CTCF by unraveling its structural features and elucidating the oncogenicity of the selected cancer-relevant mutations. Future work on CTCF is expected to contribute to a deeper understanding of cancer. Such potential progress can ultimately pave the way for new innovative translational applications.
Benzer Tezler
- Determination and verification of new targets in liver cancer
Karaciğer kanserinde yeni hedeflerin belirlenmesi ve doğrulanması
UMUT EKİN
Doktora
İngilizce
2022
BiyokimyaDokuz Eylül ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YAVUZ OKTAY
PROF. DR. MEHMET ÖZTÜRK
- Disease gene identification using linkage and exome analyses
Bağlantı ve ekzom analizleri kullanarak hastalık geni keşfi
İLKER KARACAN
Doktora
İngilizce
2019
Genetikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EDA TAHİR TURANLI
- The ubiquitin/proteasome system related role of Bag-1L in breast cancer
Bag-1L'in ubikuitin/proteazom sisteminde rolünün meme kanserinde incelenmesi
SEVİLAY ACAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GİZEM DİNLER DOĞANAY
- Akciğer kanseri radyoterapisinde eksozom kaynaklı circRNA ekspresyon paternlerinin değerlendirilmesi
Evaluation of exosome derived circRNA expression patterns in LUNG cancer radiotherapy
SAINA RAHIMI
- 'Subtractive' hibridizasyon cDNA kütüphanesinden elde edilen kalbe özgü yeni genlerin genomik organizasyonlarının belirlenmesi ve fonksiyonel analizleri
Prediction of genomic organization and functional analysis of the heart specific novel genes isolated from the subtractive hybridization cDNA library
BİLGE ŞADAN ÖZSAİT SELÇUK
