Çok ölçekli modelleme yaklaşımları ile proteinlerin konformasyonel geçişleri

Otuz adet proteinden oluşan veri kümesi üzerine bir hibrit simülasyon tekniği kullanılarak detaylı analizler yapılmıştır. ANM-MC olarak adlandırılan yinelemeli bu teknik, anizotropik ağ yapı modelinden (ANM) elde edilen kollektif modları deformasyon için kullanılarak ve deforme edilen yapının enerjisini bilgiye dayalı Monte Carlo (MC) algoritması ve yerel hareketler ile minimize edilerek iki konformasyon arasında hedefli yol izleri yaratmaktadır. Veri kümesi, menteşe türü hareket yapan proteinler, DNA'ya bağlanan proteinler, ilmek kapanması olan enzimler ve kayma türü hareket yapan proteinlerden oluşmaktadır. Proteinlerin başlangıç ve hedef kristal yapıları arasındaki başlangıç kök ortalama kare sapma değerleri 1.0-12.0 Å olmak üzere geniş bir aralığı kapsamaktadır. ANM'de 10 Å'luk nispeten düşük bir etkileşim yarıçapı değeri kullanıldığında, hem ileri hem de geri koşmalarda veri kümesinin neredeyse tamamı için hedef yapılara başarılı bir şekilde ulaşılmıştır. İleri geçişler makul yolizlerini takip etmektedir; adenilat kinaz minimum serbest enerjili yol izlemektedir ve farklı proteinlerin yolizlerine yakın bir çok kapalı kristal yapı saptanmıştır. Menteşe türü proteinler için açıktan kapalı yapıya geçişler, baskın bir mod (birinci veya ikinci) tarafından yönlendirilmektedir. Bunun yanısıra, bir çok protein için geçiş sırasında baskın modun karakterinde önemli değişiklikler gözlemlenmiştir. Mod seçiminde azalan jirasyon yarıçapı (Rg) kriteri kullanıldığında 12 menteşe türü proteinden 10 tanesi için kapalı yapı tahmin edilebilmiştir. Burada en başarılı tahminler tek bir mod yönünde deforme ederek elde edilmiştir. Veri kümesindeki diğer proteinler için ileri geçişlerde daha yüksek modların seçilmesi ve/veya Rg'deki küçük değişiklikler sebebi ile tahminler başarılı değildir. Aynı şekilde kapalıdan açık yapının tahmini yani ters geçişler sadece sınırlı sayıda menteşe türü proteinler için mümkün olabilmiştir. ANM-MC tekniğinin β2-adrenerjik reseptörünün farklı ICL3 ilmek modellerine uygulanması, başarılı ilmek kapanması göstererek reseptörün allosterik mekanizması hakkındaki çıkarımlar sunmuştur. Son olarak, nükleer faktör kappa B'nin bölgeler arası aşırı esnekliği ve tutarlı kollektif dinamiği moleküler dinamik simülasyonları, ANM ve ANM-MC simülasyonları ile gösterilmiştir.