Modeling protein assemblies in the proteome

Proteinlerin çoğu (belki de hepsi) çok moleküllü yapılar halinde işlevlerini yerine getirir. Yapısal biyolojinin önemli bir amacı da protein tümleşiklerinin yapılarını atom boyutunda tanımlayabilmektir. Deneysel olarak elde edilen mevcut protein yapıları artıyor olsa da birçoğu halen bilinmiyor ya da eksik olarak biliniyor. Bazı deneysel yöntemler küçük proteinler için yüksek çözünürlükte, bazıları da büyük proteinler için düşük çözünürlükte veri sağlıyor. Hesaplamalı yaklaşımlar, bu çözünürlük ayrımını birleştirmek için yardım edebilirler. Bu teknikler çok moleküllü protein tümleşiklerinin yapılarını atom seviyesinde belirlemek için gereklidir. Mevcut hesaplamalı yöntemler bu amaç doğrultusunda önemli katkılarda bulunmuştur, ancak hala geçerlilikleri sınırlıdır. Bazılarında deneysel veriye göre ayarlama yapılması gereklidir, bazıları çok hesaplama gerektiren ve büyük boyutlardaki proteom çalışmalarında kullanılamayacak protein yerleştirme yöntemleridir, diğerleri de tümleşik yapılardaki simetriği temel aldığından simetrik olmayanlarda kullanılamaz. Bu çalışmadaki amacımız bu sınırlamaları aşmaktır. Protein tümleşiklerini, motifleri temel alarak protein etkileşimlerini tahmin eden bir araç (PRISM: Yapısal eşleme ile protein etkileşimleri) kullanarak elde ettiğimiz ikili etkileşimler üzerinden hesaplamalı olarak kurduk. PRISM ikili etkileşimleri tahmin eder; biz ise burada hücre içinde daha çok görülen bir olguyu, çok moleküllü tümleşikleri çalıştık. Bu yöntem, aynı ya da farklı proteinlerden oluşan, simetrik ya da simetrik olmayan tümleşikleri, bileşen sayısında sınırlama olmadan ve yapısal değişikleri dikkate alarak kurabilir ve büyük boyutlardaki çalışmalarda kullanılabilir. Çeşitli protein tümleşiklerinden hazırladığımız değerlendirme kümesindeki örnekleri, proteinlerin bağlanmamış hallerinden başlayarak başarılı bir şekilde tahmin ettik (0.5 - 5.6 Å). Ayrıca, protein tümleşiklerini modellerken proteinlerin bükülgenliğini hesaba katmak için Protein Veri Bankasındaki (PDB) farklı yapılarından yararlandık. Bu sayede, ikili etkileşimlerin tahminindeki başarımızı %27'den %67'ye çıkardık ve protein tümleşiklerinin modellenmesinde daha doğru sonuçlar elde ettik. Bunlara ek olarak, yöntemimizi elektron mikroskobu (EM) yoğunluk haritasını kullanarak uygun olmayan yapıları eleyecek şekilde değiştirdik. Yapıları EM verisinden geçirmek yanlış yapılarla protein tümleşiklerin kurulmasını önler ve fazla hesaplamalardan kurtarır. EM verilerini kullanarak protein tümleşiklerini başarılı bir şekilde modelledik; sonuçların birçoğunda ortalama karekök uzaklık 5 Å'dan az ve yoğunluk haritaları ile bağıntıları 0.8'e yakın ya da daha büyük. Diğer yöntemlerle karşılaştırdığımızda kendi yöntemimizin protein ara yüz tahmininde daha doğru sonuçlar elde ettiğini bulduk. Bu çalışmada yöntemlerimizi tanımlar, sonuçlarımızı sunar ve mevcut sınırlamalarımızı ortaya koyuyoruz.