An integrated computational and experimental approach to allosteric control mechanism of biomolecular processes

Proteinler esnek ve dinamik yapılardır ve işlevsel yapısal değişimler gösterirler. Bu tezin ana motivasyonu, konformasyonel geçişlerin ve moleküllerin bağlanma süreçlerinin alosterik kontrolünü anlamaya yönelik hesaplamalı ve deneysel entegre bir yöntem geliştirmektir. Oncelikle, kararlı yapılar arasındaki geçişler ve serbest enerji yüzeylerini belirlemeye yönelik, Kolektif Modlar Bayas Değişimli Metadinamik (CM-BexMetaD) olarak adlandırılan özgün bir yöntem geliştirilmiştir. Adenilat kinaz enziminin birçok ara yapısı belirlenmiş ve menteşe bölgelerinin alosterik etkisi gösterilmiştir. Ikinci bölümde, ENM, moleküler dinamik (MD), in-vitro görüntüleme ve Atomik Kuvvet Mikroskopu-Dinamik Kuvvet Spektroskopisi (AFM-DFS) yöntemleri ile proteinlerin bağlanma mekanizmalarının alosterik kontrolu üzerine çalışılmıştır. SKEMPI veritabanindaki mutasyonlar ile menteşe bölgeleri arasındaki kuvvetli ilişki, geniş çaplı istatistiksel bir analiz ile gosterilmistir. In-silico ve in-vitro deneyler ile PYD ve ASC proteinlerindeki menteşe bölgelerindeki mutasyonlarin bağlanma davranışı üzerindeki etkisi çalışılmıştır. ASC zerreciklerinin en az iki seviyeli organize yapılar olduğu ve menteşe bölgeleri aracılığı ile kontrol edildiği belirlenmiştir. Bunlara ek olarak, AFM-DFS yöntemini kapsayan hibrit bir yaklaşım geliştirilerek, protein-protein bağlanma mekanizmalarinin menteşe bölgeleri aracılığı ile alosterik olarak kontrol edildiği, kinezin-αβ-tübülin ve Rac1-PAK1 etkileşimleri üzerinden ortaya konulmuştur. Alosterik haberleşme ağındaki değişimin mekanik izahı ise MD simülasyonları ile belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar ile kinezin-αβ-tübülin ve Rac1-PAK1 kompleks yapılarının alternatif ayrılma patikalarına sahip oldukları ve menteşe bölgelerinin bağlanma davranışlarını alosterik olarak kontrol eden anahtar bölgeler olduğu ortaya konulmuştur.