Turning the spotlight on a long-overlooked pathway: molecular dynamics investigation of ras family members with RalGDS

Ras GTPaz süper ailesi, efektör proteinlerini aktif veya inaktif hale getirebilirler. Aktive edilmiş efektör proteinler, önemli ölçüde karmaşık ve geniş bir yelpazedeki hücresel olayları modüle eder. Ras proteinleri kendi ailesinde en kapsamlı incelenen proteinlerdir. Bunun sebebi tüm insan tümörlerinin %30'unda RAS genlerinden birinde onkojenik mutasyonlar görülüyor olmasıdır. Ras izoformlarının sekansı ve üç boyutlu yapısı oldukça yüksek oranda benzerlik göstermesine rağmen aynı onkojenik mutasyonların etkileri isoformlar arasında farklı davranışlara sebebiyet verebilir. Bir başka durum ise, Ras proteinlerinin mutasyon geçirdiklerinde efektörlerine karşı gösterdikleri afinite değişimidir ve bazı mutasyonlar bazı efektörlere karşı daha seçici olurlar. Bu zorluklar göz önüne alındığında, mutant bir Ras proteininin hedeflenmesi için, izoforma özgü ve efektöre özgü bir şekilde gerçekleştirilen öncü çalışmalara ihtiyaç vardır. Birkaç yıl öncesine kadar, Raf ve PI3K yolakları, Ras kaynaklı kanserlerde tümörün oluşması ve çoğalmasından doğrudan sorumlu oldukları için daha fazla dikkat çekmiştir. Son araştırmalar, Ras kaynaklı kolon ve pankreas kanserlerinin ilerlemesi için RalGDS-Ral yolağının Raf ve PI3K yollarından daha belirleyici olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada, uzun süredir göz ardı edilen Ras-RalGDS etkileşimi moleküler dinamik yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Simüle edilmiş Ras izoformları, mutasyon frekanslarına ve RalGDS (RBD) yolundaki farklı işlevlere göre seçilmiştir. Gibbs serbest enerji sonuçları, seçilen sistemler arasındaki en güçlü etkileşimin Rap1-RBD en zayıf olanın ise M-Ras-RBD göstermiştir. G12V ve G12D mutasyonları hem K-Ras hem de H-Ras proteinlerinin, kendi kontrol sistemlerine kıyasla, RBD'ye karşı daha kuvvetli bir afinite göstermesine sebep olmuştur. Ras'ın asidik arayüzü RalGDS ve Raf'ın bazik arayüzüne bağlandığı ve bu iki etkileşimde de kullanılan kalıntıların Ras tarafından ortak olduğu sonucu gözlemlenmiştir. Ras izoformları üzerindeki E31 ve D33 kalıntıları, RBD'nin αsarmal ile kalıntıları etkileşime girerken, Ras izoformları üzerindeki E37, D38 kalıntıları moleküller arası β-yaprak etkileşimine katılır. GLU37Ras (β2)-ARG7RBD (β1) ve ASP33Ras(SI)-LYS39RBD (h1) hidrojen bağları, mutantlar dahil tüm izoformlar arasında hem Ras hem de RalGDS tarafında korunduğu için Ras-RBD etkileşimi için gerekli iskeleti oluşturduğu söylenebilir. GLU37K-Ras -TYR18RBD bağı yalnızca K-Ras mutant sistemlerinde gözlemlenmiş fakat K-Ras kontrol sistemlerinde gözlemlenmemiştir bu sebeple, ileride yapılacak ilaç tasarım çalışmaları için uygun bir aday olarak önerilebilir. Rap1 ve RalGDS arasındaki güçlü etkileşimin anahtar faktörünün LYS31Rap1 olduğu belirlendi. LYS42M-Ras-ASP13RBD bağı yalnızca M-Ras-RalGDS sisteminde gözlemlendi. LYS42 ve ASP13 kalıntıları, zıt yüklü komşu ara yüz kalıntıları ile çevrilidir. Bu durumun M-RasRBD'de genel yük dengesini bozmuş olabileceği çünkü diğer tüm sistemlerde yaygın olarak bulunan tuz köprülerinin çoğunun ya kaybolduğu ya da zayıfladığı gözlemlenmiştir. Kümeleme analizi, H-RasKONTROL'ün RBD ile etkileşim halindeyken switch I bölgesinin inaktif, K-RasKONTROL'ün switch I bölgesinin ise aktif konformasyonda bulunduğu gözlemlenmiştir. G12D mutasyonu, H-Ras'ın aktif konformasyona geçmesini sağlarken H-RasG12V'nin switch I bölgesinde herhangi bir değişim olmamıştır. Bu durumun H-RasG12D ve H-RasG12V'nin RBD ile kompleks halinde iken switch I bölgelerinde gözlemlenen farkın nedenini gösterdiği düşünülmüştür. Bir diğer dikkat çekici bulgu ise, K-RasG12D, G12V ve H-RasG12V'de switch I ve II arasında artan iş birliğidir. Öte yandan, H-RasG12D 'nin switch I bölgesi allosterik lob ile, özellikle 87- 105 kalıntıları ile, artmış bir korelasyon sergilemektedir. Mutant izoformlarda gözlemlenen switch I 'in stabilite artışının farklı mekanizmalar aracılığyla sağlandığı yine de bunun genel Ras-RBD etkileşiminin stabilitesini artırabildiği sonucuna varılmıştır. Bu çalışmada Ras proteinlerinin RBD ile etkileşimi modellenirken Ras'ın yalnızca katalitik bölgesi kullanılmıştır. Sonuçlarımızın çoğu literatürle tutarlıdır ve bu nedenle sadece katalitik bölgenin bile H-Ras ve K-Ras'ın RBD ile etkileşirken gösterdiği ayırıcı davranışlar hakkında bazı çıkarımlar yapmak için yeterli olduğu kanıtlanmıştır. Burada ortaya konulan etkileşim dinamikleri, Ral aşırı aktivitesi barındıran tümörlere karşı spesifik hedefleme geliştirmeyi amaçlayan çalışmalar için iyi bir referans noktası olabilir.