Computational investigation and modulation of structural and functional properties of proteins for therapeutic purposes
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Medipol Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, BİYOMEDİKAL BİLİMLER VE MÜHENDİSLİK ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: SAMMAN MANSOOR
Danışman: ŞENSOY Özge
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Protein molekülleri, hücrede gerek duyulduğunda, belli fonksiyonları yerine getirebilmek için birtakım konformasyonel değişikliğe uğrar. Proteinlerin adapte olduğu bu konfor masyon topluluğunu anlayabilmek için proteinin üçboyutlu yapısı ile fonksiyonu arasın daki ilişkiyi açığa çıkarmak gerekmektedir. Proteinlerin dinamiği proteine değişik yapıda ligand bağlanması, protein oligomerlerinin oluşması ve proteinlerin DNA veya RNA ile etkileşimi sonucu değişir. Xray ve NMR gibi deneysel yöntemlerle elde edilen yapılar proteinlerin üç boyutlu yapısı hakkında değerli bilgiler sağlamaktadır. Öte yandan, proteinlerin belli çevresel faktörler altında adapte olduğu yapıların zamana bağlı olarak be lirlenebilmesi için moleküler dinamik simülasyonlarına gereksinim duyulmaktadır. Bu tez kapsamında, her biri, farklı proteinlerin dinamiğinin incelenmesini hedef alan üç sistem ile çalışılmıştır. Bu sayede, proteinlerin yapıfonksiyon ilişkilerinin aydınlatıl ması ve edinilecek bilgi birikimi ile birtakım hastalıkların tedavisine alternatif terapötik çözümlerin geliştirilebilmesi hedeflenmiştir. Tez kapsamında çalışılan ilk sistem hücresel sinyalleşmede önemli role sahip olan G proteinkenetli reseptörlerdir (GPKR). Çok sayıda fizyolojik proseste rol almasından dolayı G proteinkenetli reseptör ailesinde bulunan proteinler reçetelenen ilaçların yaklaşık olarak %40'ında hedef olarak kullanılmaktadır. Öte yandan, bu reseptör ailesini hedeflemek oldukça zorludur; çünkü birden fazla reseptör bir araya geldiğinde reseptörlerin tek başlarına yerine getirdikleri fonksiyonlar değişmektedir. Bu sebeple, reseptörlerin yaptıkları oligomerin kontrol edilebilmesi bu yapıların sebep olduğu kanser, diyabet ve birtakım nörolojik hastalıkların tedavisinde alternatif yön temlerin geliştirilmesine olanak sağlayacaktır. Bu problemi çözebilmek için, aynı anda iki reseptöre bağlanabilen heterobivalent adı verilen ligandlar geliştirilmeye başlanmıştır. Tez çalışmasının birinci bölümünde, bilgimiz dahilinde, ilk defa, heterobivalent ligandın Adenozin 2A ve Dopamin 2 reseptöründen meydana gelen ve Parkinson hastalığında rol oynadığı bilinen tetramer üzerindeki etkisini hızlandırılmış moleküler dinamik simülasy onları yardımıyla incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, heterobivalent ligandın A 2A R'nin D 2 R üzerindeki antagonistik etkisini ortadan kaldırabilme potansiyeli olduğunu göstermiştir. Tek bir GPKR, G protein veya Arrestin aracılığıyla birden fazla sinyal yolağını aktive edebilmektedir. Bazı durumlarda, bu yolaklardan bazıları organizma için zararlı olabilecek yolakların da aktive edilmesine neden olur. Bu sebeple, reseptörün spesifik olarak G protein veya Arrestin ile etkileşmesini sağlayabilecek yöntemlerin geliştirilmesi elzemdir. Bunun için, G protein ve Arrestinin aktivasyon mekanizmasını anlayabilmek gerekmektedir. Bu gereksinimden ortaya çıkan motivasyonla G proteinin aktivasyon mekanizması tez çalışmasının ikinci bölümünde geliştirilen bir metotla açığa çıkarılmıştır. Buna göre, deneysel olarak elde edilen protein erime sıcaklıkları kullanılarak elde edilen değerler moleküler dinamik simülasyonlarında sınırlayıcı sabitler olarak kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, G protein aktivasyon mekanizması hakkında önemli bilgilere ulaşıl masını sağlamıştır. Bu sayede, G proteinin aktivasyonu sırasında protein tarafından adapte olunan yapılar hedeflenerek efektör molekülünün aktivasyon durumu kontrol edilebilecek ve bu prosesin aksamasına neden olan birtakım mutasyonlardan kaynaklanan hastalıkların tedavisine alternatif çözümler önerilebilecektir. Tez çalışmasının üçüncü bölümünde, kanser oluşumunda rol oynayan hekzokinaz en ziminin aktivitesini engelleyebilen mutasyonların proteinin dinamiği üzerindeki etki leri moleküler dinamik simülasyonları kullanılarak incelenmiş ve proteinde benzer etkileri meydana getirebilecek küçük terapötik moleküllerin bulunması ile ilgili çalışmalar yapılmıştır. Bilgisayar ortamında başarılı olarak belirlenen molekül adaylarının aktiviteleri in vitro deneyler vasıtasıyla sınanacaktır.