Structural and mutational studies: Molecular dynamics simulations of NMDA type glutamate receptor and formate dehydrogenase enzyme
Yapısal ve mutasyonel çalışmalar: NMDA tipi glutamat reseptörü ve format dehidrogenaz enziminin moleküler dinamik simülasyonları
- Tez No: 826728
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞEBNEM EŞSİZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyokimya, Biyoloji, Biyofizik, Biochemistry, Biology, Biophysics
- Anahtar Kelimeler: Makromoleküler yapı, Modeller-moleküler, Macromoleculer structure, Models-molecular
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Kadir Has Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yapısal biyoloji ve moleküler dinamik (MD) simülasyon çalışmaları, moleküler düzeyde moleküller arası/içi etkileşimleri anlamanın temellerinden, ilaç ve protein tasarımının önde gelen yöntemlerinden biridir. Bu tez, iki farklı alandaki protein simülasyonlarından oluşmaktadır: Sinir hücrelerinde elektrik sinyali yayılımında bir iyon kanalı reseptör kompleksi olan N-metil-D-aspartat reseptörü (NMDAR) ve formatın bikarbonata biyokatalizinde format dehidrojenaz enzimi (FDH). Tezin ilk amacı NMDAR iyon kanalının açık yapısını mutasyonlarla elde etmektir. İkinci amaç ise allosterik bölgede Asp188Arg mutasyonu yaparak FDH enziminin hem format hem de bikarbonat substratları ile etkileşimlerini anlamaktır. Bu mutasyon deneysel olarak FDH'nin bikarbonat/CO2 yakalama için kullanımı yönünde olan ters reaksiyon için daha aktif bir enzim yaratmıştır. Bu amaçla, nano ölçekli moleküler dinamik (NAMD) uygulaması, kök-ortalama-kare sapması, kök-ortalama-kare dalgalanması ve protein-ligand etkileşim analizi yöntemleriyle birlikte simülasyonları çalıştırmak için kullanılmıştır. İlk durumda, NMDAR iyon kanalının üst kapısındaki Lurcher motifindeki alanin (A7), deneysel çalışmalara dayanarak arginin/tirozin ile değiştirildi. Analiz sonucunda NMDAR iyon kanalının açık yapısı elde edildi. FDH'nin MD simülasyonlarında, bikarbonat bağlı yapı, enzimin subtrat ve koenzim bağlanma bölgelerini ayıran önemli bir tuz köprüsünü korumuştur. Ek olarak, bağlanma bölgesinden substrat taşınımı, vahşi tip ve mutasyona uğramış yapılar için farklı yollar sergilemiştir. Her iki protein sistemi için de MD, harici pertürbasyonların proteinlerin yapısı ve işlevi, yani işlevsel mutasyonlar üzerindeki etkisini incelemek için ana araç olarak kullanılmıştır. Her iki protein de hareketlerin zaman ölçeği, sistem boyutu ve istenen ters reaksiyon yönünde düşük enzim aktivitesi nedeniyle yapısal bir çalışma için karmaşık sistemler oluşturmuştur.
Özet (Çeviri)
Structural biology and molecular dynamics (MD) simulation studies are one of the foundations for understanding inter/intramolecular interactions at the molecular level and one of the leading methods for drug and protein design. This thesis consists of protein simulations from two different fields: N-methyl-D-aspartate receptor (NMDAR), an ion channel receptor complex in the electric signal propagation in nerve cells, and formate dehydrogenase enzyme (FDH) in the biocatalysis of formate to bicarbonate. The first aim of the thesis is to obtain the open structure of the NMDAR ion channel by mutations. The second aim is to understand the interactions of the FDH enzyme with both formate and bicarbonate substrates by mutating Asp188Arg in the allosteric site. This mutation experimentally created a more active enzyme for the reverse reaction, which is in the direction of usage of FDH for bicarbonate/CO2 capture. For this purpose, the nanoscale molecular dynamics (NAMD) application was used to run the simulations together with root-mean-square deviation, root-mean-square fluctuation, and protein-ligand interaction analysis methods. In the NMDAR, alanine (A7) in the Lurcher motif in the upper gate of the NMDAR ion channel was swapped with arginine/tyrosine, based on the experimental studies. Result of the analysis, the open structure of the NMDAR ion channel was obtained. In MD simulations of FDH, bicarbonate-bound structure preserved an important salt bridge separating subtrate and coenzyme binding sites of the enzyme. Additionally, substrate transport from the binding site displayed different paths for wildtype and mutated structures. For both protein systems, MD is utilized as the main tool to study the effect of external perturbations on the structure and function of the proteins, namely functional mutations. Both proteins constituted complex systems for a structural study because of the time scale of the motions, system size, and low enzyme activity in the desired reverse reaction direction.
Benzer Tezler
- Investigation of structural differences between wild-type and mutant forms of mutsα by molecular dynamics simulations
Mutsα heterodimerinin yabanıl tip ve mutant formları arasındaki yapısal farklılıklarının moleküler dinamik simülasyonları ile incelenmesi
CLARA XAZAL BURAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. MERT GÜR
- 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 (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. MERT GÜR
- Molecular dynamıcs analysıs of chk2 mutatıons at the C-lobe of the kınase domaın
Kinaz domaininin C-lobundaki chk2 mutasyonlarının moleküler dinamik analizi
CİHAN UĞUR OTÇU
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. MERT GÜR
- DE NOVO FRATAXİN PROTEİNİ TASARIMI: KATLANMA MOTİFLERİ, METAL İYON BAĞLANMA BÖLGELERİ, MOLEKÜLER DOCKİNG VE MOLEKÜLER DİNAMİK SİMÜLASYONLAR İLE OPTİMAL STABİLİTE İÇİN YAPAY ZEKÂ DESTEKLİ YAKLAŞIMLAR
DE NOVO FRATAXIN PROTEIN DESIGN: AI-ASSISTED APPROACHES FOR OPTIMAL STABILITY THROUGH FOLDING MOTIFS, METAL ION BINDING SITES, MOLECULAR DOCKING AND MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS
KEVSER KÜBRA KIRBOĞA
Doktora
Türkçe
2026
BiyomühendislikSüleyman Demirel ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ECİR UĞUR KÜÇÜKSİLLE
- SARS-CoV-2 Spike–ACE2 etkileşiminin inhibisyonuna yönelik tasarlanan peptitlerin etkinliğinin moleküler modelleme yöntemleriyle araştırılması
Investigation of the efficacy of designed peptides targeting the inhibition of SARS-CoV-2 Spike–ACE2 interaction using molecular modeling methods
ŞENİZ YARAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyoteknolojiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN BURAK ÇALIŞKAN