Developing new applications for PRS method to study conformational modulation of globular proteins

Proteinlerin konformasyonları arasındaki yapısal geçişler belli fizyolojik işlevlerin gerçekleşmesine olanak sağlar. Bu sebeple protein işlevini yöneten bu mekanizmaları anlamak büyük önem arz eder. Proteinlerin yapısal ve dinamik özelliklerini çalışmak, temel potansiyel enerji yüzeylerinin (PEY) karmaşıklığı sebebiyle basit değildir. Daha önce geliştirilen, etki-tepki taraması (ETT) metodu seçilmiş yapısal değişimleri tetikleyen iletişim ağındaki anahtar amino-asitleri tespit eder. ETT, amino asitleri teker teker tarayarak, doğrusal tepki kuramının izin verdiği ölçüde, hedef yapısal duruma en yakın yapısal geçişe sebep olan amino asit/kuvvet altkümesini bulur. Bu tezde, proteinlerin dinamiklerini araştırmak için iki yeni metot geliştirilmiştir. Sars-Tara-Çek (STÇ) metodu, PEY üzerinde yapısal geçişlerin tetiklenip tetiklenmeyeceğini değerlendirir. Metodun amacı, EET'den alınan fonksiyonel olarak ilintili yapısal geçişleri, yönlendirilmiş moleküler dinamik benzetimlerine girdi olarak kullanmaktır. Metodun başarısı ve farklı sistemlere uygulanabilirliğini ölçmek için, PEY üzerindeki hareket örüntüsü farklı olan üç protein sistemi kullanıldı; kalmodülin, adenilat kinaz ve bakteriyel demir bağlayan protein. Sonuçlar gösterdi ki, STÇ metodu anahtar amino asitleri ve görece düşük enerjili en iyi yolakları bularak hedef üç boyutlu yapıya ulışlmasını sağlamaktadır. Proteinin iki bilinen durumunu arasındaki yapısal geçişi, hedef yapıya giden en iyi kuvvet vektörünü bularak çalışan ETÇ metodunun aksine; protein etki-tepkileri, proteinin yeni üç boyutlu yapılarına ulaşan kolektif değişkenler (KD) bulma amacıyla ile kümelenebilir. Etki-tepki kümelemesi (ETK) metodu, x-ışınımı kristalografisi, NMR ve diğer bilinen deneysel yöntemlerle tespit edilemeyen, protein dinamiğince mümkün alternatif üç boyutlu yapıları çalışmak için geliştirilmiştir. Tepki vektörlerinin kümelenmesiyle tahmin edilen KD'leri kullanarak sadece in vivo ortamda var olan ve düşük enerjili durumlara karşılık gelen yeni yapılar örneklenebilir. Bu tezde geliştirilen metotlar, farklı fonksiyonlara sahip ve farklı hareket düzenleri gösteren, geniş çeşitlilikte proteinlere uygulanmıtır. Daha da önemlisi, bu metotların kullanımı, nükleik asitler (DNA ve RNA) ya da lipit molekülleri de gözetilerek hücre zarı proteinlerine kadar genişletilebilir. Anahtar kelimeler: moleküler benzetim, yapısal değişim, ortalama kuvvet potansiyeli, yönlendirilmiş moleküler dinamiği, etki-tepki taraması