Non-local Effects of Antibiotic Resistance Causing Mutations Reveal an Alternative Region for Targeting on FtsW/Penicillin Binding Protein 3 Complex of H.influenzae
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Medipol Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, BİYOMEDİKAL MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ALMOTASEM BELAH ALHAMWI
Danışman: ŞENSOY Özge
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Halihazırda reçetelenen antibiyotikler, ağırlıklı olarak yabanıl proteinlerin katalitik bölgesini hedeflemektedir. Bununla beraber, yaşadıkları zorlu çevre koşullarına ayak uydurabilmek için bakteriyel proteinlerin katalitik bölgesinde ve/veya civarında bulunan amino asitlerde mutasyon meydana gelir. Sonuç olarak, bu durum, bakterilerde antibiyotik direncinin ortaya çıkmasına neden olur. Dünya Sağlık Örgütü'nün 2022 yılında yayımladığı rapora göre, antibiyotik direnci gösteren bakteriler yıllık olarak 4.95 milyon kişinin ölümüne sebep olmaktadır. Bundan dolayı, şu ana kadar ağırlıklı olarak hedeflenen ve dirence neden olan bakteriyel proteinlerin katalitik bölgesine alternatif bölgelerin belirlenebilmesi önem taşımaktadır. Bu da hedef sistemin dinamiği hakkında bilgi sahibi olunmasını gerektirmektedir. Bu doğrultuda, yüksek seviyede antibiyotik direncine neden olduğu deneysel çalışmalarla belirlenmiş, S385T + L389F + N526K üçlü mutasyon setinin, dirençli organizmalar gruplandırılmasında, öncelikli grupta bulunan ve dirençli bir patojen olan H. influenzae üzerindeki etkisi hesaplamalı metotlar yardımıyla irdelenecektir. Bu çalışma kapsamında, hücre duvarının sentezini engelleyebilen β-laktam antibiyotiklerine karşı dirençli olan, penisilin bağlayıcı protein 3 (PBP3) ve bu proteinin FtsW proteini ile yaptığı kompleks kullanılacaktır. Elde edilen sonuçlar, mutasyonların, PBP3 üzerinde, hem lokal hem de global etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Bu etkiler, PBP3/FtsW kompleksi için daha belirgindir. Lokal etkiler kapsamında, PBP3'nin, transpeptidaz domaini üzerinde bulunan aktif bölgesini çevreleyen β-yaprak yapılarının membrana göre yönlenmesinin etkilendiği gözlemlenmiştir. Öyleki, mutant PBP3'de, proteinin aktif bölgesi, periplazmik bölgeye doğru yönlenmiştir. Ayrıca, proteinin katalizinde önemli role sahip olduğu bilinen gatekeeper ve β3-β4 loop yapılarının oynaklığının, mutant PBP3/FtsW kompleksinde arttığı gözlemlenmiştir. Bunun dışında, global etkiler kapsamında, pedestal domainin, özellikle çatal yapısının açıklığının, yabanıl ve mutant proteinde farklılık gösterdiği gözlemlenmiştir. Mutant FtsW/PBP3 kompleksinde, çatal yapısı hem açık hem de kapalı şekilde bulunabilirken, yabanıl komplekste, yalnızca açık form tercih edilmiştir. Ayrıca, çatal açıklığının, β-yaprak yapısının yönlenmesine göre farklılık gösterdiği gözlemlenmiştir. Öyleki, β-yaprak, membrana parallel olarak yönlendiğinde, çatalın kapalı forma, dik olarak yönlendiğinde ise çatalın açık forma adapte olduğu gözlemlenmiştir. İlginç bir şekilde, mutant komplekste, çatal kapalı formdayken, N-terminal periplazmik modül (N-t) ile transpeptidaz domaini (TP) arasında olduğu düşünülen allosterik etkileşim şebekesine daha çok amino asit katkıda bulunmaktadır. Son olarak, çatalın kapalı forma uyum sağladığı durumda, β-lactam antibiyotiklerinden olan sefiksime karşı olan bağlanma eğiliminin daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Tüm bu sonuçlar, mutant PBP3'de, çatalın kapalı formunu stabilize edebilen küçük terapötik moleküllerin, antibiyotik direnç problemine alternatif bir yaklaşım sunma potansiyelinin olduğunu düşündürmektedir.