Understanding Rho GTPase interactions with scaffolding proteins and Ras protein shuttling mechanisms

Rho GTPaz ailesi ve Ras GTPaz ailesi, Ras GTPaz superailesinin alt aileleridir. GTPazlar yapısal ve işlevsel olarak farklılıklar gösteren efektörlerle seçici olarak etkileşirler. IQ motif-containing GTPase-activating protein (IQGAP) ve phosphodiesterase-δ (PDEδ) bu efektörler arasındadır. Rho GTPazlar diğer GTPazlardan, yüklü amino asitlerce zengin bir heliks motifi olan "insert loop"un varlığıyla ayrılır. Rho GTPazlar, Cdc42 ve Rac1 GTP bağlı aktif formlarındayken üç insan IQGAP proteiniyle de etkileşim kurarlar. IQGAP–Cdc42 etkileşimi aktin polimerizasyonunu arttırarak metaztaza katkıda bulunurlar. Ancak, yüksek sekans benzerliğine ragmen Cdc42 ve Rac'ın IQGAP ile olan etkileşimi farklılık gösterir. Cdc42 ve Rac1'ın IQGAP'e bağlanma mekanizması kesin olarak bilinmemektedir. Moleküler dinamik simulasyonlarını kullanarak Cdc42 ve Rac1'ın IQGAP2 ile olan etkileşimlerinin detaylı mekanizması çalışıldı. Cdc42'nin "insert loop"u ilk Cdc42'nin bağlanmasında önem taşımakta ve ikinci Cdc42'nin bağlanmasına yardımcı olmaktadır. Aksine, Rac1'ın "insert loop" sekansındaki ve yapısındaki farklılılar onun IQGAP2 ile etkileşimini engellemiştir ve sadece bir Rac1 IQGAP2'ye bağlanabilmektedir. Ras GTPaz alailesi proteinlerinde Ras, insan kanserlerinde yüksek oranda mutasyona uğramış halde bulunmaktadır. Ras proteinlerinin plasma membranında (PM) uygun şekilde konumlanması, Ras fonksiyonu için kritik önem taşımaktadır. Ras proteinlerinin konumlandırılmasında PDEδ görev almaktadır. GTP-bağlı Arf-like protein 2 (Arl2), farnesilli proteinlerin PDEδ-aracılı taşınmasında bir regülatör görevi almaktadır, ancak farneillli proteinlerin PDE'dan Arl2-yardımlı salınımının kesin mekanizması bilinmemektedir. MD simülasyonlarını kullanarak Arl2-aracılı en çok rastlanan onkojenik Ras izoformu olan KRas4B'nin PDEδ'dan salınımının detaylı mekanizmasını araştırıldı. Detaylı analizler, PDEδ'nın β6 bölgesi ve bazı amino asitlerini kapsayan alosterik değişikliklerin hidrofobik PDEδ cebini sıkıştırarak KRas4B'yi dışarı ittiğini gösterdi. Ayrıca, tekli amino asit varyasyonlarının (SAV) protein-protein etkileşim (PPI) ara yüzlerine dağılımını da incelendi. Ara yüzler, hot spot adı verilen ve bağlanma enerjisine önemli katkıda bulunan az sayıda amino asit içerir, bu hot spotlar kümelenerek hot regionları oluşturur. Tekli hot spotlar ise hot regionlar dışında kalan hot spotlara denmektedir. Literatürden toplanmış deneysel thermodinamik dataya sahip SAVlarla, istatistiksel ve yapısal analizler gerçekleştirildi. Bunun sonucunda, PPIı destabilize eden ve hastalığa neden olan SAVların, hot regionlar ya da energy bakımında daha az önemli bölgelerde bulunmaktansa, tekli hot spotlarda bulunmayı tercih ettiğini gösterildi. Bu analizler tekli hot spotlara denk gelen SAVların, proteinin stabilitesine ve fonksiyonuna önemli etkisi olduğunu gösteriyor. Bu tez çalışması TUBITAK tarafından desteklenmiştir (Araştırma Projesi No: 114M196 ve Burs: 2211-E).