Konformacijska dinamika K-Ras4B v interakciji z membranoSedej, Neli (Avtor) Reščič, Jurij (Mentor) Merzel, Franci (Komentor) K-Ras4Binterakcije protein-membranasimulacije molekulske dinamikekvaziharmonska analizaK-Ras4B je protein udeležen v celični signalizaciji. Prehajanje med dvema stanjema, GDP-vezanim aktivnim in GDP-vezanim neaktivnim, mu omogoča, da deluje kot molekulsko stikalo in regulira intenziteto in trajanje celičnih signalov, ki vodijo v celične odzive kot sta rast in diferenciacija celic ter inhibicija apoptoze. K-Ras4B je eden najpogosteje mutiranih proteinov v rakavih celicah. Kljub desetletja trajajočim poskusom, je bil do sedaj uspeh na področju razvoja učinkovin, ki bi preko inhibicije K-Ras4B delovale kot zdravilo proti raku, omejen. Za nadaljni razvoj inhibitorjev K-Ras4B je potrebno globoko razumevanje bioloških in kemijskih mehanizmov delovanja tega proteina. V aktivni obliki je K-Ras4B preko neurejene C-terminalne regije zasidran v celično membrano. Katalitična domena K-Ras4B z membrano interagira le prehodno. Pokazano pa je bilo, da katalitična domena z membrano pretežno interagira v določenih orientacijah. V nekaterih izmed teh orientacij je zaradi položaja membrane ovirana interakcija s proteini, ki so pomembni za signalno funkcijo K-Ras4B, kar bi lahko vplivalo na njegovo aktivnost. Več dosedanjih raziskav je bilo usmerjeno v določanje prisotnih orientacij in prehodov med njimi, vpliv različnih orientacij na interno dinamiko katalitične domene pa še ni bil raziskan. V magistrskem delu smo izvedli simulacije molekulske dinamike in pripadajočimi analizami strukturne dinamike K-Ras4B divjega tipa ter K-Ras4B z onkogeno mutacijo G12D v GTP- in GDP- vezanem stanju v vodi in v dveh orientacijah glede na membrano, ki sta bili eksperimentalno pokazani kot dve najpogosteje zasedeni orientaciji. Potrdili smo eksperimentalno opaženo dejstvo, da je pri G12D-K-Ras4B v primerjavi z divjim tipom stabilnost orientacije z α-vijačnicami, orientiranimi paralelno glede na membrano (H1), večja od stabilnosti orientacije z α-vijačnicami, orientiranimi pravokotno (P1). Opazili smo konformacijske prehode, ki bi lahko bili ugodni za izmenjavo GDP z GTP v K-Ras4B-GDP v H1. S kvaziharmonsko analizo smo pokazali, da vezava proteina na membrano poveča njegovo vibracijsko entropijo, kar bi lahko olajšalo konformacijske spremembe, pomembne za funkcijo proteina. Opazili smo nizkofrekvenčne normalne načine nihanja, ki so specifični za protein, vezan na membrano in se razlikujejo med različnimi orientacijami. V teh načinih so prisotni odmiki atomov v regijah, pomembnih za interakcijo z vezavnimi partnerji K-Ras4B in bi lahko kazali na preferenco za specifične funkcijsko pomembne konformacijske spremembe v proteinu na membrani. Naši rezultati dajejo vpogled v vpliv orientacije proteina glede na membrano na dinamiko K-Ras4B, kar bi lahko prispevalo k razvoju inhibitorjev K-Ras, ki bi delovali preko modulacije orientacijske preference v korist neaktivnih orientacij.20202020-09-14 13:50:16Magistrsko delo/naloga119979VisID: 11946COBISS_ID: 33552643sl