Understanding the impact of phosphorylation and membrane on structure and dynamics of ras by means of molecular dynamics simulations
Fosforilasyon ve membranın ras yapısı ve dinamikleri üzerindeki etkisinin moleküler dinamik simülasyonlarıyla anlaşılması
- Tez No: 687406
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE ŞENSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyofizik, Kimya, Biophysics, Chemistry
- 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: 78
Özet
RAS protein ailesi, belirli hücresel sinyal kaskadlarını başlatarak hücre çoğalması, büyümesi, hayatta kalması, göçü ve farklılaşması gibi önemli hücresel fonksiyonların düzenlenmesinden sorumludur. Bu bağlamda, RAS proteinlerinin anormal aktivasyonu, RAS protein ailesinin aracılık ettiği sinyal kaskadlarının aktivasyonunu anormal şekilde tetikleyerek sağlıklı hücrelerin malignitelere dönüşmesine neden olur. Gerçekten de, RAS protein ailesinde görülen aktive edici mutasyonlar, çeşitli kanser türlerine neden olmaktadır. Bu sebeple, RAS protein ailesi, antikanser ilaç geliştirme çalışmalarında sıklıkla hedeflenmektedir. Öte yandan, RAS proteinlerinin sığ yüzeyi ve guanozin trifosfat (GTP) ve guanozin difosfat (GDP) olan endojen ligandların pikomolar bağlanma afiniteleri nedeniyle, protein yüzeyi ile stabil bir şekilde etkileşime girebilen ve klinikte kullanılmaya başlanmış terapötik bir molekül henüz geliştirilmemiştir.. Yıllar geçtikçe, posttranslasyonel modifikasyonların RAS fonksiyonu üzerindeki etkisi aydınlatılmıştır. Özel olarak, tirozin rezidüsünün Src kinaz tarafından fosforillenmesinin H-RAS ve N-RAS izoformlarının RAF'a karşı olan duyarlılığını azalttığı ve kendi içsel GTPaz aktivitesini arttırdığı gösterilmiştir. Fosforillenme, ailenin bir diğer üyesi olan K-RAS4B'nin, içsel GTPaz aktivitesinin azalmasına neden olurken, H-RAS'a benzer olarak, RAF bağlanmasını engellemektedir. Bu tez çalışması kapsamında, yabanıl tip (H-RASWT), H-RASG12D ve K-RAS4BG12D proteinlerinin yapı ve dinamiği ile tirozin rezidüsü üzerinden gerçekleşen fosforillenmenin yabanıl H-RAS ve K-RAS4B (K-RAS4BWT)'ın yapı ve dinamiği üzerindeki etkisi atomistic moleküler dinamik simülasyonları vasıtasıyla incelenmiştir. Daha sonra, moleküler dinamik simülasyonları ile elde edilen mutant proteinlere ait yörüngeler, yörüngelerde, en sık örneklenen konformasyonu belirlemek için kümelenmiştir. Ardından, mutant proteinlerin yapı ve dinamiklerini, fosforillenmiş proteinlerinkine benzetebilen ̧ molekülleri tanımlamak için topluluk-tabanlı sanal tarama gerçekleştirilmiştir. Bunun için ZINC15, DrugBank, DrugCentral, BindingDB, NCGC ve CHEMBL veri bankalarından alınan toplamda 33.606 molekül taranmıştır. Sonuç olarak, H-RAS'ın ve K-RAS4B'nin her biri için 10 molekül olmak üzere, toplamda 20 molekülün, mutant proteinlerin dinamik özelliklerini fosforillenmiş proteininkine benzetebildiği gösterilmiştir. Son olarak, hücre zarının mutant proteinlerin su ortamında en sık örneklenen konformasyonlarını da etkileyebileceği gösterilmiştir. Bu sebeple, yakın gelecekte RAS proteinlerinin, farnesillenmiş ve membrana bağlı halleri gibi ara durumlarının da topluluk-tabanlı sanal taramaya tabi tutulup daha selektif moleküllerin geliştirilebileceği düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
The RAS protein family is responsible for regulating paramount cellular functions, such as cell proliferation, growth, survival, migration, and differentiation by initiating certain cellular signaling cascades. With this regard, abnormal activation of the RAS proteins causes the transformation of healthy cells into malignancies by aberrantly triggering the activation of signaling cascades mediated by the RAS protein family. In fact, activating mutations seen in the RAS protein family cause various cancer types. For this reason, the RAS protein family is frequently targeted in studies on the development of anticancer drugs. On the other hand, due to the shallow surface of RAS proteins and picomolar binding affinities of endogenous ligands, which are guanosine-triphosphate (GTP), and guanosine-diphosphate (GDP), a therapeutic molecule that can stably interact with the protein surface and started to be used in the clinic has not yet been developed. Over the years, the effect of post-translational changes on RAS function has been illuminated. Specifically, it was shown that phosphorylation of tyrosine residue by Src kinase attenuates the sensitivity of the H-RAS and N-RAS isoforms towards RAF and increases its intrinsic GTPase activity. While phosphorylation causes a decrease in the intrinsic GTPase activity of K-RAS4B, which is another member of the family, it precludes RAF binding like that of H-RAS. In the scope of this thesis, the structure and dynamics of wild-type (H-RASWT), H-RASG12D and K-RAS4BG12D proteins, as well as the effect of tyrosine phosphorylation on the structure and dynamics of H-RASWT and K-RAS4BWT, were investigated via atomistic molecular dynamics simulations. Thereafter, the trajectories pertaining to the mutant systems obtained by molecular dynamics simulations were clustered to determine the most frequently sampled conformation. Following, ensemble-based virtual screening was performed to identify molecules that can liken the structure and dynamics of mutant proteins to those of phosphorylated proteins. To do so, a total of 33,606 molecules retrieved from the ZINC15, DrugBank, DrugCentral, BindingDB, NCGC, and CHEMBL databases were scanned. Consequently, it was shown that a total of 20 molecules, 10 molecules each for H-RAS and K-RAS4B, could resemble the dynamic properties of mutant proteins to those of phosphorylated proteins. Lastly, it was also shown that the cell membrane could impact the most frequently sampled conformation in the water environment. That is to say, it is thought that in the near future, intermediate states of RAS proteins, such as farnesylated and membrane-bound states, can also be subjected to ensemble-based virtual scanning to develop more selective ligands.
Benzer Tezler
- Identification and targeting of deregulated metabolic pathways in metastatic prostate cancer cells
Metastatik prostat kanseri hücrelerinde deregüle edilen metabolik mekanizmaları ortaya çıkarmak ve hedeflemek
IRMAK KAYSUDU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Biyolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ÇİZMECİOĞLU
- Meme kanserinde lipit metabolizmasının kanser kök hücre düzeyinde araştırılması ve Dokosaheksaenoik asit (DHA)'in potansiyel etkilerinin incelenmesi
Investigation of lipid metabolism in breast cancer on the basis of cancer stem cells and potential effects of Docosahexaenoic acid (DHA)
ELİF YAŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Beslenme ve DiyetetikErciyes ÜniversitesiKök Hücre Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEÇİL YILMAZ
- Understanding the impact of positive and negative preconditions on a country's development
Bir ülkenin kalkınmasında olumlu ve olumsuz ön koşulların etkisini anlamak
AHMAD SAYER DAUDZAI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Siyasal BilimlerBahçeşehir ÜniversitesiSiyaset ve Sosyal Bilimler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEAN MICHAEL COX
- Understanding the impact of parental quality, marital adjustment and family functioning on behavior problems of adolescents
Ebevyn niteliği, evlilik uyumu ve aile işlevselliğinin ergenlerin davranış problemlerine etkisinin anlaşılması
ELİF NUR YAZICI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Psikolojiİstanbul Bilgi ÜniversitesiKlinik Psikoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YUDUM SÖYLEMEZ AKYIL
- Understanding the impact of rising fuel prices on driving behavior: A survey in İzmir
Yükselen akaryakıt fiyatlarının sürüş davranışına etkisini anlamak: İzmir ili örneği
SELİN BAYSAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Enerjiİzmir Ekonomi ÜniversitesiSürdürülebilir Enerji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET EFE BİRESSELİOĞLU