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
- Molecular dynamics simulations of chk2 kinase domain mutants
CHK2 kı̇naz domain mutantlarının moleküler dı̇namı̇k sı̇mülasyonları
EBRU TUNCAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Genetikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MERT GÜR
- 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
- Transcriptomic and physiological meta-analysis of multiple stress-resistant Saccharomyces cerevisiae strains
Çoklu streslere dayanıklı Saccharomyces cerevisiae suşlarının transkriptomik ve fizyolojik meta-analizi
ABDULKADİR ÖZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR
DOÇ. DR. MEHMET BAYSAN
- 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 rational and emotional appeals in predicting purchase intention: An analysis of social media advertising
İşlevsel ve duygusal özelliklerin satın alma niyetinin tahmini üzerindeki etkisi: Sosyal medya reklamcılığı üzerine bir analiz
MOZHDEH SALIMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
ReklamcılıkAtılım Üniversitesiİşletme (İngilizce) Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEMAL GÜRKAN KÜÇÜKERGİN