Computatıonal ınvestıgatıon of proteın dynamıcs based on energy dıssıpatıon - Bingöl, Elif Naz (My University, 2017)
Kaspazlar, regülasyonu bir çok mekanizma tarafından kontrol edilen aspartat-sistein proteaz ailesinin bir parçasıdır ve apoptozda görev alırlar. Ilaç çalışmaları, kaspazların hücre intiharına ve hücre döngüsünün düzenlenmesine katıldıklarının keşfedilmesinden sonra; bu da, kanser ve nörodejeneratif bozukluklar gibi hastalıklarda da rol aldığı anlamına gelir, bu moleküller üzerine yoğunlaşmıştır. Fakat, geliştirilen ilaçlar başarılı bileşikler değildir. Sonra, bağlayıcı bölgeden uzaktaki dimerik arayüze bağlanan küçük bir molekülün, ilmek konumlarını değiştirerek molekülün pro-kaspaz formuna benzeyen bir konformasyonu indüklediği keşfedilmiştir. Bu çalışmada, alosterik rezidüler ve bağlanma bölgesi arasındaki iletişim detaylarını elde etmek için kaspaz-3 ve kaspaz-7 moleküllerinin doğal ve mutant yapıları üzerinde enerji yayılım modeli kullanmıştır. Enerji yayılım modeli, proteinlerin dinamik özelliklerini göz önüne alan, moleküller arası etkileşimler yoluyla harici enerji iletimine bağlıdır. Belirli rezidülere pertürbasyon uygulamak, yapıdaki harici enerjinin dağılımına odaklanarak proteinlerde olası bir sinyal ağının keşfini sağlar. Moleküler dinamik simülasyonları, NAMD yazılımı ve CHARMM27 kuvvet alanı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Enerji dalgalanması, başlangıç ​​MD simülasyonunda seçilen rezidü hızını değiştirerek uygulanmıştır. Her rezidü için, sarsım simülasyonları ile sarsım olmadan yürütülen simülasyonlar arasındaki toplam enerji farkları hesaplanıp daha sonra, her bir rezidünün sarsımdan sonraki tepki süresi, o rezidü için tepki süresi olarak kaydedilmiştir. Literatürde, kaspazların allosterik alanlarına küçük moleküllerin bağlanmasının, bağlanma bölgesi ilmeklerinin yönelimine yol açtığı açıktır. Sonuç olarak, mutasyona uğrayan yapıların enerji iletiminin daha yavaş olduğu ve de enerji iletim patikalarının tamamen farklılaştığı görülmüştür.

Caspases are a part of a strictly regulated aspartate-cysteine protease family that is involved in apoptosis. Pharmaceutical studies focused on these molecules after the discovery of their involvement on cell suicide and regulation of cell cycle which means they are also involved in diseases such as cancer and neurodegenerative disorders. However, the drug developments on caspase molecules resulted in unsuccessful compounds. Then, it was discovered that a small molecule which binds to the dimeric interface away from the binding site induces a conformation that resembles the pro-caspase form of the molecule by shifting loop positions. We used energy dissipation model on wild type and mutant structures of caspase-3 and caspase-7 molecules in order to obtain details of the communication between allosteric residues and binding region. Energy dissipation model depends on the external energy transmission through intermolecular interactions considering dynamic properties of proteins. Applying perturbation to particular residues provides us the means to map a possible signaling network in proteins focusing on the dispersion of the external energy within the structure. Molecular dynamics (MD) simulations were performed using NAMD software and CHARMM27 force field with and without energy perturbation. Energy perturbation was applied through changing the velocity of a chosen residue of the initial MD simulation. For each residue, total energy difference between a perturbed and an unperturbed simulation was calculated and then the time of the energy change of a residue is recorded as that residue’s response time. As a result, the mutated structures are found to be slower in transmitting the energy to the rest of the structure and disrupt the communication network present in the wild type structures completely.
Keywords: allosteri caspase; allostery; Araştırmalar; Biyomühendislik; Kanser; kaspaz; molecular dynamics; moleküler dinamik; ovaryum kanserii; perturbation; prtoein dynamics; sarsım; Tedavi