The investigation of mechanistic differences of Rac1P29S and Rac1A159V activation via molecular dynamics simulations

Rac1, aktin yeniden organizasyonu, hücre hareketliliği, hücre hayatta kalması ve büyümesinin yanı sıra çeşitli kanser türleri ve nörodejeneratif hastalıklarda anahtar roller oynayan küçük bir GTPazdır. Diğer Ras süper ailesi GTPaz'larına benzer şekilde, Rac1, GTP'ye bağlı aktif ve GDP'ye bağlı inaktif haller arasında geçiş yapar. Rac1 aktif haldeyken Pak ailesi kinazlar dahil olmak üzere çeşitli aşağı akış efektörlerine sinyal verir. Switch I ve switch II bölgeleri GDP/GTP değişimi sırasında açılıp kapanmaktadır. Rac1P29S ve Rac1A159V (K-RasA146 paraloğu) en sık gözlemlenen somatic Rac1 mutasyonlarıdır. Rac1P29S melanomda sıkça görülem bir mutasyondur. B-RafV600 ve N-RasQ61 mutasyonlarından sonra güneşe maruz kalınan melanomda üçüncü en çok görülen mutasyondur. Bu iki mutasyon da görece yeni keşfedilmiştir ve daha detaylı incelenmeye gereksinim duymaktadır. Bu tezde, Rac1P29S ve Rac1A159V mutasyonlarının Rac1 dinamiğini nasıl değiştirdiği moleküler dinamik simülasyonuyla araştırılmıştır. Toplamda Rac1WT-GTP, Rac1WT-GDP, Rac1P29S-GTP, Rac1P29S-GDP, ve Rac1A159V-GTP olmak üzere beş system simüle edilmiştir. Burada Rac1WT-GTP ve Rac1WT-GDP sistemleri control amaçlı kullanılmıştır. Switch bölgeleri GDP/GTP değişimi için önemli olduğundan, simülasyonların analizlerinde switch bölgelerinin konsformasyonal değişimlerine ve nükleotite bağlanan amino asitlerdeki değişimlere odaklanılmıştır. Bu tez P29S ve A159V mutasyonlarının Rac1'I farklı mekanizmalarla active ettiğini savunmaktadır. Rac1P29S-GTP sisteminde prolinden serine olan amino asit değişimi switch I bölgesinin esnekliğini değiştirmektedir ve bu bölgeyi açık bir halde tutmaktadır. Bu açık konformasyonun Rac1P29S'nin hızlıbir şekilde GDP/GTP değişimi yapabilmesinin sebeplerinden biri olduğunu savunmaktayız. Öte yandan, Rac1A159V-GTP sisteminde Rac1 ile GTP'nin guanosin halkası arasındaki bağları kopmakta ve bu guanosine halkasının switch I'e doğru hareket etmesine ve dolayısıyla bu bolgeyi kapatmasına yol açmaktadır. Rac1P29S-GTP ve Rac1A159V-GTP sistemlerinin switch II bölgeleri iki sistemde de Rac1WT-GTP sistemine kıyasla kapalı bir halde stabilize olmuştur. Rac1A159V-GTP, Ras proteinlerinin state 2 haline benzer bir yapıya sahiptir, çünkü iki switch bölgesi de kapalı bir konumdadır, bir switch I amino asidi Thr35 nücleotit ile hidrojen bağı kurmaktadır ve bir switch II amino asidi Gly60 de nükleotit ile etkileşmektedir. Rac1WT-GTP, Rac1P29S-GTP ve Rac1A159V-GTP'nin farklı hallerde stabilize olmuş olması bu üç sistemin de Rac1 regülatörleri ve aşağı efektörleriyleriyle farklı şekillerde etkileşmesine yol açacağı tahmin edilmektedir.