Investigation of conformational dynamics of single fluorescent protein-based biosensors by molecular dynamics simulations
Tek floresan proteı̇n tabanlı bı̇yosensörlerı̇n konformasyonel dı̇namı̇klerı̇nı̇n moleküler dı̇namı̇k sı̇mülasyonlarıyla ı̇ncelenmesı̇
- Tez No: 897066
- Danışmanlar: PROF. DR. CANAN ATILGAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyofizik, Biophysics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Genetik olarak kodlanmış floresan biyosensörler (GEFB'ler) birçok metabolit ve hücresel süreç için güvenilir hücre içi izleyicilerdir. GEFP'ler floresan bir proteinin (FP), ligand bağlandığında konformasyonel bir değişikliğe uğrayan bir algılama proteinine genetik olarak kaynaştığı modüler bir yapıya sahiptirler. Bu konformasyonel kayma, kromofor ortamında bir değişikliği tetikleyerek FP'nin spektral özelliklerini etkiler. Etkin biyosensörler için önem taşıyan yapısal unsurlar, hem ligand bağlı hem de ligandsız formların kristal yapıları erişilebilir hale geldiğinde ancak geriye dönük olarak fark edilir. Bu durum, istenen analite göre uyarlanmış yeni biyosensörler geliştirme sürecini zorlaştırmaktadır. Bu tezde, tüm atom klasik moleküler dinamik (MD) simülasyonlarını kullanarak, sırasıyla parlak (ON) ve sönük (OFF) seviyeleri temsil eden, hem ligand bağlı hem de bağlı olmayan konformasyonlarda yüksek performanslı biyosensörlerin yapısal belirleyicilerini araştırdık. Kromofor ortamının allosterik modülasyonuna ışık tutmak için sensör yapısı genelindeki hidrojen bağı doluluk oranlarındaki değişiklikleri karakterize ettik. Ligand bağlanma bölgesinden kromofor çevresine kadar süreklilik arzeden bir hidrojen bağı ağının ve kromofor etrafındaki düşük su yoğunluğunun yüksek performanslı sensörleri ayırt eden için iki güçlü gösterge olduğunu gösterdik. Çalışmamızın sonuçları yeni biyosensörlerin etkili tasarımı için önemli bir altyapı oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
Genetically encoded fluorescent biosensors (GEFBs) proved to be reliable tracers for many metabolites and cellular processes. They have a modular structure where a fluorescent protein (FP) is genetically fused to a sensing protein which undergoes a conformational change upon ligand binding. This change triggers a shift in the chromophore environment, altering the FP's spectral characteristics. The structural elements crucial for effective biosensors are only discerned retrospectively, when crystal structures of both ligand-bound and ligand-free forms become accessible. Consequently, developing new biosensors tailored to specific analytes often involves extensive trial and error processes. In this thesis, we investigate the structural determinants of high performance biosensors in both ligand bound and unbound conformations, representing the bright (ON) and dark (OFF) states respectively, by using all-atom classical molecular dynamics (MD) simulations. We characterize the shifts in hydrogen bond occupancies over the total sensor structure to shed light on the allosteric modulation of chromophore environment. Furthermore, we deduce two strong indicators for distinguishing the ON state of high performance sensors; a continous network of hydrogen bonds from the ligand binding site up to the chromophore environment and reduced water density around the chromophore. Our results form the groundwork for the efficient design of new biosensors by reducing experimental screening time.
Benzer Tezler
- Toxoplasma gondii FabG (3-Oxoacyl-[Acyl-Carrier-Protein] Reductase) enziminin ilaç geliştirmeye yönelik olarak rekombinant üretimi, biyokimyasal, biyofiziksel ve In Silico analizi
Recombinant production, biochemical, biophysical and in silico analysis of the toxoplasma gondii FabG (3-Oxoacyl-[Acyl-Carrier-Protein] Reductase) enzyme for drug development studies
CAN AYGÜN
- Nanoscale magnetometry with single fluorescent nanodiamonds manipulated in an anti-Brownian electrokinetic trap
Başlık çevirisi yok
METİN KAYCI
Doktora
İngilizce
2016
BiyolojiEcole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)Prof. ALEKSANDRA RADENOVIC
- Investigation of the effect of curcumin on helicobacter pylori 5'-methylthioadenosine/s-adenosylhomocysteine nucleosidase with molecular dynamics method
Kurkuminin helikobakter pilori 5'-methylthıoadenosıne/s-adenosylhomocysteıne nucleosıdase üzerine etkisinin moleküler dinamik yöntemi ile incelenmesi
MAHDI IBRAHIM SAEED SAEED
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
BiyofizikSiirt ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET YILDIRIM
- Computational investigation and modulation of structural and functional properties of proteins for therapeutic purposes
Protein yapı ve dinamiğinin hesaplamalı yöntemler aracılığıyla incelenmesi ve terapötik amaçlar için modülasyonu
SAMMAN MANSOOR
Doktora
İngilizce
2021
Biyofizikİstanbul Medipol ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGE ŞENSOY
- 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
