Multifaceted analysis of information exchange in protein dynamics

Proteinlerin işleyiş mekanizması, "dizi-yapı-dinamik-işlev" paradigması içindeki birbirine bağlı adımlara dayanır. Bu tez dizi ve yapı bilgisi kullanarak protein dinamiğini ortaya çıkarmaya ve bulunan dinamik bilgiyi kullanarak proteinin önemli fonksiyonel bölgelerini tespit etmeyi hedeflemektedir. Yapısal verilere, gerçek anizotropik, çok değişkenli Gauss, izotropik, izotropik Gauss ve Gauss Ağ Modeli karşılıklı bilgi (GNM-MI) gibi çeşitli karşılıklı bilgi yaklaşımları uygulanmıştır. Yapısal veriler Ubiquitin and Papain benzeri proteaz için 1ms ve 100$\mu$s uzunluğunda moleküler dinamik (MD) simülasyonlarını ve kristal yapılarını içeriyor. Çok değişkenli Gauss yöntemi kısa simülasyonlar kullanarak proteinin uzun menzilli dinamiğini bulabilmektedir. Dalgalanmaların Gauss dağılımı varsayımı, residü seviyesindeki dinamiklerin temsilinde oldukça başarılıdır. GNM-MI yöntemi iki yapının da uzun menzilli dinamiklerini başarıyla ortaya çıkarabilmektedir ve uzun menzilli dinamiği bulabilmek için elde olandan daha uzun MD simülasyonlarının gerektiğini göstermiştir. GNM-MI yöntemine ek olarak, dizisel tabanlı Gauss Ağ Modeli Transfer Entropisi (SeqGNM-TE) yöntemi, yapısal tabanlı yöntemin sonuçlarını büyük ölçüde tekrarlar. Fonksiyonel bölgeler ve işlevsel bölgeler arasındaki bilgi alışverişi sonuçlarda net bir şekilde gözükmektedir. İşlevi bilinmeyen ancak kolektif davranış gösteren rezidüler, işlevsel rezidülere bilgi ilettiği için potansiyel işlevsel bölgeler olarak değerlendirilebilmektedir. Bu sonuçlar SeqGNM-TE'nin bilinmeyen işlevsel bölgelerin tespit edilebilmesi için potansiyelli olduğunu göstermektedir. SeqGNM-TE sonuçları, protein dinamiklerine ait belirli dinamik özelliklerin ve allosterik mekanizmanın evrimsel olarak korunduğunu güçlü biçimde desteklemektedir. SeqGNM-TE yöntem "dizi-yapı-dinamik-işlev" para-digmasına "evrim-allosteri-işlev" perspektifinden katkı yapmaktadır.