Kendinden düzensiz proteinler - Intrinsically disordered proteins

SUMO-1 proteininde yapısal esneklik (PDB: 1a5r ). Orta kısım nispeten düzenli bir yapı gösterir. Tersine, N- ve C-terminal bölgeleri (sırasıyla sol ve sağ) 'içsel bozukluk' gösterir, ancak N-terminal kuyruğunda kısa bir sarmal bölge devam eder. On alternatif NMR modeli biçimlendirildi. İkincil yapı elemanları: α sarmalları (kırmızı), β sarmalları (mavi oklar).

Bir içsel bozukluğu proteini ( IDP ) a, bir protein , bir sabit ya da sipariş yoksun üç boyutlu bir yapı , tipik olarak başka proteinler ya da RNA olarak makromoleküler etkileşme partnerleriyle yokluğunda,. IDP'ler tamamen yapılandırılmamış ile kısmen yapılandırılmış arasında değişir ve rastgele bobin , erimiş globül benzeri agregalar veya büyük çok alanlı proteinlerdeki esnek bağlayıcıları içerir. Bazen küresel , lifli ve zar proteinleri ile birlikte ayrı bir protein sınıfı olarak kabul edilirler .

IDP'lerin keşfi, biyolojik işlevlerini yerine getirmek için proteinlerin üç boyutlu yapılarının sabitlenmesi gerektiği fikrini çürüttü . Protein makineleri için gerekli olan dinamiklerin artan kanıtı nedeniyle, katı protein yapısı dogması terk edilmiştir . Kararlı yapılarının olmamasına rağmen, IDP'ler çok büyük ve işlevsel olarak önemli bir protein sınıfıdır. Birçok IDP, diğer makromoleküllere bağlandıktan sonra sabit bir üç boyutlu yapı benimseyebilir. Genel olarak, IDP'ler yapılandırılmış proteinlerden birçok yönden farklıdır ve ayırt edici işleve, yapıya, diziye, etkileşimlere, evrime ve düzenlemeye sahip olma eğilimindedir.

Tarih

Büyük ölçüde esnek bir protein zinciri gösteren Thylakoid çözünür fosfoprotein TSP9'un bir NMR yapıları topluluğu .

1930'larda 1950'lerde, ilk protein yapıları protein kristalografisi ile çözüldü . Bu erken yapılar , proteinlerin biyolojik işlevlerine aracılık etmek için genellikle sabit bir üç boyutlu yapının gerekli olabileceğini öne sürdü . Bu yayınlar , bir proteinin amino asit dizisinin yapısını belirlediği ve dolayısıyla işlevini belirlediği şeklindeki moleküler biyolojinin merkezi dogmasını sağlamlaştırdı . 1950'de Karush, bu varsayımla çelişen 'Yapılandırmasal Uyarlanabilirlik' hakkında yazdı. Proteinlerin aynı enerji seviyesinde birden fazla konfigürasyona sahip olduğuna ve diğer substratlara bağlanırken birini seçebileceğine ikna oldu. 1960'larda, Levinthal'ın paradoksu , uzun bir polipeptidin sistematik konformasyonel araştırmasının, biyolojik olarak ilgili zaman ölçeklerinde (yani mikrosaniye ila dakikalar) tek katlı bir protein yapısı vermesinin olası olmadığını öne sürdü. İlginç bir şekilde, birçok (küçük) protein veya protein alanı için, in vitro olarak nispeten hızlı ve verimli yeniden katlanma gözlemlenebilir. 1973 tarihli Anfinsen Dogma'sında belirtildiği gibi , bu proteinlerin sabit 3B yapısı, birincil yapısında (amino asit dizisi) benzersiz bir şekilde kodlanmıştır, bir dizi (yakın) fizyolojik koşul altında kinetik olarak erişilebilir ve kararlıdır ve bu nedenle, şu şekilde kabul edilebilir: bu tür "sıralı" proteinlerin doğal durumu.

Bununla birlikte, sonraki on yıllar boyunca, birçok büyük protein bölgesi, x-ışını veri setlerinde atanamadı; bu, elektron yoğunluk haritalarında ortalama olarak değişen çoklu konumları işgal ettiklerini gösterir . Kristal kafese göre sabit, benzersiz konumların olmaması, bu bölgelerin "düzensiz" olduğunu ileri sürdü. Proteinlerin nükleer manyetik rezonans spektroskopisi, birçok çözülmüş yapısal toplulukta büyük esnek bağlayıcıların ve terminlerin varlığını da göstermiştir.

2001'de Dunker, 2000'lerde daha nicel analizlerin ortaya çıkmasıyla yeni bulunan bilgilerin 50 yıl boyunca göz ardı edilip edilmediğini sorguladı. 2010'larda IDP'lerin alfa-sinüklein ve tau gibi hastalıkla ilgili proteinler arasında yaygın olduğu ortaya çıktı .

Bolluk

Proteinlerin, bazı bölgelerin diğerlerinden daha kısıtlı olduğu, benzer yapılardan oluşan bir topluluk olarak var olduğu artık genel olarak kabul edilmektedir. IDP'ler, bu esneklik yelpazesinin en uç noktasını işgal eder ve önemli ölçüde yerel yapı eğilimi olan proteinleri veya esnek çok alanlı meclisleri içerir.

Biyoinformatik tahminler, içsel bozukluğun, protein veri tabanındaki bilinen yapılardan ziyade genomlarda ve proteomlarda daha yaygın olduğunu göstermiştir . DISOPRED2 tahminine göre, uzun (>30 kalıntı) düzensiz segmentler arkelerin %2.0'ında, öbakteriyellerin %4.2'sinde ve hastalıkla ilgili belirli proteinler dahil ökaryotik proteinlerin %33.0'ında meydana gelir.

biyolojik roller

Proteinlerin son derece dinamik düzensiz bölgeleri, allosterik düzenleme ve enzim katalizi gibi işlevsel olarak önemli olaylarla ilişkilendirilmiştir . Birçok düzensiz protein, translasyon sonrası modifikasyon tarafından düzenlenen reseptörleri ile bağlanma afinitesine sahiptir , bu nedenle, düzensiz proteinlerin esnekliğinin, modifiye edici enzimlerin yanı sıra reseptörlerinin bağlanması için farklı konformasyonel gereksinimleri kolaylaştırdığı öne sürülmüştür. İçsel bozukluk, hücre sinyalizasyonu, transkripsiyon ve kromatin yeniden şekillenme işlevlerinde rol oynayan proteinlerde özellikle zenginleştirilmiştir . Son zamanlarda doğmuş Genler novo de yüksek bozukluğu sahip olma eğilimindedir.

Esnek bağlayıcılar

Düzensiz bölgeler genellikle esnek bağlayıcılar veya etki alanlarını bağlayan döngüler olarak bulunur. Bağlayıcı dizilerin uzunluğu büyük ölçüde değişir ancak tipik olarak polar yüksüz amino asitler açısından zengindir . Esnek bağlayıcılar, bağlantı alanlarının protein alanı dinamikleri yoluyla bağlayıcı ortaklarını almak için serbestçe bükülmesine ve dönmesine izin verir . Ayrıca, bağlayıcı ortaklarının, uzun menzilli allostery ile daha büyük ölçekli konformasyonel değişiklikleri indüklemelerine izin verirler .

Doğrusal motifler

Doğrusal motifler, diğer proteinler veya diğer biyomoleküller (RNA, DNA, şekerler vb.) ile fonksiyonel etkileşimlere aracılık eden kısa düzensiz protein parçalarıdır. Lineer motiflerin birçok rolü, örneğin hücre şeklinin kontrolü, tek tek proteinlerin hücre altı lokalizasyonu ve düzenlenmiş protein devri gibi hücre düzenlemesi ile ilişkilidir. Genellikle, fosforilasyon gibi çeviri sonrası modifikasyonlar, belirli etkileşimler için bireysel doğrusal motiflerin afinitesini (nadiren birkaç büyüklük sırası ile) ayarlar. Nispeten hızlı evrim ve yeni (düşük afiniteli) arayüzler oluşturmak için nispeten az sayıda yapısal kısıtlama, doğrusal motifleri tespit etmeyi özellikle zorlaştırır, ancak bunların yaygın biyolojik rolleri ve birçok virüsün, enfekte olmuş hücreleri verimli bir şekilde yeniden kodlamak için doğrusal motifleri taklit ettiği/kaçırdığı gerçeğinin altını çizer. Bu çok zorlu ve heyecan verici konu hakkında araştırmanın zamanında aciliyeti. Küresel proteinlerin aksine IDP'ler uzamsal olarak yerleştirilmiş aktif ceplere sahip değildir. Bununla birlikte, NMR tarafından ayrıntılı yapısal karakterizasyona tabi tutulan IDP'lerin %80'inde (~3 düzine) hedef tanıma için hazırlanmış geçici ikincil yapısal elemanlar olan PreSMos (önceden yapılandırılmış motifler) olarak adlandırılan doğrusal motifler vardır. Birkaç durumda, bu geçici yapıların, hedef bağlama üzerine, örneğin sarmallar gibi, tam ve kararlı ikincil yapılar haline geldiği gösterilmiştir. Bu nedenle, PreSMos, ÜİYOK'lerde varsayılan aktif sitelerdir.

Birleştirilmiş katlama ve bağlama

Birçok yapılandırılmamış protein, hedeflerine bağlandıktan sonra daha düzenli durumlara geçişlerden geçer (örn. Moleküler Tanıma Özellikleri (MoRF'ler) ). Birleştirilmiş katlanma ve bağlanma, sadece birkaç etkileşimli kalıntıyı içeren lokal olabilir veya bütün bir protein alanını içerebilir. Yakın zamanda, birleştirilmiş katlanma ve bağlanmanın, yalnızca tam olarak yapılandırılmış proteinler için çok daha büyük olsaydı mümkün olabilecek geniş bir yüzey alanının gömülmesine izin verdiği gösterildi. Ayrıca, belirli düzensiz bölgeler, küçük molekül bağlanması, DNA/RNA bağlanması, iyon etkileşimleri vb. gibi moleküler tanıma üzerine sıralı konformasyona geçerek belirli biyolojik fonksiyonların düzenlenmesinde "moleküler anahtarlar" olarak hizmet edebilir.

Düzensiz proteinlerin bağlanma ve dolayısıyla bir işlev gösterme yeteneği, stabilitenin gerekli bir koşul olmadığını gösterir. Birçok kısa fonksiyonel bölge, örneğin Kısa Lineer Motifler , düzensiz proteinlerde aşırı temsil edilir. Düzensiz proteinler ve kısa lineer motifler, Hendra virüsü , HCV , HIV-1 ve insan papilloma virüsleri gibi birçok RNA virüsünde özellikle bol miktarda bulunur . Bu, bu tür virüslerin, çok sayıda konak hücre proteininin bağlanmasını ve manipülasyonunu kolaylaştırarak bilgi açısından sınırlı genomlarının üstesinden gelmelerini sağlar .

Bağlı durumdaki düzensizlik (bulanık kompleksler)

İçsel olarak düzensiz proteinler, diğer proteinlere spesifik olarak bağlandıklarında bile konformasyonel özgürlüklerini koruyabilirler. Bağlı durumdaki yapısal bozukluk statik veya dinamik olabilir. İçinde bulanık kompleksleri yapısal çeşitliliği fonksiyonu ve bağlanan düzensiz bölge değişiklikleri aktivitesinin manipülasyonu için gereklidir. Konformasyonel grup kompleksin post-translasyonel modifikasyonlar veya protein etkileşimleri yoluyla modüle edilir. DNA bağlayıcı proteinlerin özgüllüğü genellikle, alternatif ekleme ile değişen bulanık bölgelerin uzunluğuna bağlıdır. Bazı bulanık kompleksler yüksek bağlanma afinitesi sergileyebilir, ancak diğer çalışmalar aynı sistem için farklı bir konsantrasyon rejiminde farklı afinite değerleri göstermiştir.

yapısal yönler

İçsel olarak düzensiz proteinler, hücrenin koşullarına göre birçok farklı yapıyı in vivo uyarlayarak yapısal veya konformasyonel bir topluluk oluşturur.

Bu nedenle, yapıları güçlü bir şekilde işlevle ilgilidir. Bununla birlikte, sadece birkaç protein kendi doğal durumlarında tamamen düzensizdir. Bozukluk çoğunlukla, başka türlü iyi yapılandırılmış bir protein içinde, özünde düzensiz bölgelerde (IDR'ler) bulunur. Bu nedenle, özünde düzensiz protein (IDP) terimi, tamamen düzensiz proteinlerin yanı sıra IDR'leri içeren proteinleri içerir.

Protein bozukluğunun varlığı ve türü, amino asit dizisinde kodlanmıştır. Genel olarak, IDP'ler, düşük hacimli hidrofobik amino asit içeriği ve genellikle düşük hidrofobiklik olarak adlandırılan yüksek oranda polar ve yüklü amino asit içeriği ile karakterize edilir . Bu özellik su ile iyi etkileşimlere yol açar. Ayrıca, yüksek net yükler, eşit yüklü kalıntılardan kaynaklanan elektrostatik itme nedeniyle düzensizliği teşvik eder. Bu nedenle, düzensiz diziler, kararlı küresel proteinlere katlanmak için hidrofobik bir çekirdeği yeterince gömemezler. Bazı durumlarda, düzensiz dizilerdeki hidrofobik kümeler, çift katlanma ve bağlanmaya maruz kalan bölgelerin belirlenmesi için ipuçları sağlar ( biyolojik rollere bakın ). Birçok düzensiz protein, herhangi bir düzenli ikincil yapıya sahip olmayan bölgeleri ortaya çıkarır. Bu bölgeler, yapılandırılmış döngülere kıyasla esnek olarak adlandırılabilir. İkincisi katıdır ve yalnızca bir dizi Ramachandran açısı içerirken, IDP'ler birden fazla açı seti içerir. Esneklik terimi aynı zamanda iyi yapılandırılmış proteinler için de kullanılır, ancak düzensiz proteinler bağlamında farklı bir fenomeni tanımlar. Yapılandırılmış proteinlerdeki esneklik bir denge durumuna bağlıdır, oysa IDP'lerde böyle değildir. Birçok düzensiz protein aynı zamanda düşük karmaşıklık dizileri , yani birkaç kalıntının fazla temsil edildiği diziler ortaya çıkarır . Düşük karmaşıklık dizileri, bozukluğun güçlü bir göstergesi olsa da, bunun tersi mutlaka doğru değildir, yani tüm düzensiz proteinler düşük karmaşıklık dizilerine sahip değildir. Düzensiz proteinler, düşük bir tahmin edilen ikincil yapı içeriğine sahiptir .

deneysel doğrulama

IDP'ler çeşitli bağlamlarda doğrulanabilir. Bazı yeni deneysel stratejiler , bozulmamış canlı hücreler içindeki IDP'lerin in vivo konformasyonlarını ve yapısal varyasyonlarını ve dinamikleri arasında in vivo ve in vitro sistematik karşılaştırmaları keşfetmeyi amaçlarken, IDP'lerin deneysel doğrulaması için çoğu yaklaşım, özütlenmiş veya saflaştırılmış proteinlerle sınırlıdır .

in vivo yaklaşımlar

İçsel bozukluğun in vivo kalıcılığına ilişkin ilk doğrudan kanıt, saflaştırılmış bir IDP'nin elektroporasyonu ve hücrelerin bozulmamış bir duruma geri kazanılması üzerine hücre içi NMR ile elde edilmiştir.

IDR tahminlerinin daha büyük ölçekli in vivo doğrulaması artık biotin 'boyama' kullanılarak mümkün.

in vitro yaklaşımlar

Kendinden katlanmamış proteinler, saflaştırıldıktan sonra çeşitli deneysel yöntemlerle tanımlanabilir. Bir proteinin düzensiz bölgeleri hakkında bilgi edinmenin birincil yöntemi NMR spektroskopisidir . X-ışını kristalografik çalışmalarda elektron yoğunluğunun olmaması da bir bozukluğun işareti olabilir.

Katlanmış proteinler yüksek bir yoğunluğa (0.72-0.74 mL/g kısmi özgül hacim) ve orantılı olarak küçük dönme yarıçapına sahiptir . Bu nedenle, katlanmamış proteinler, boyut dışlama kromatografisi , analitik ultrasantrifüjleme , küçük açılı X-ışını saçılımı (SAXS) ve difüzyon sabiti ölçümleri gibi moleküler boyut, yoğunluk veya hidrodinamik sürüklemeye duyarlı yöntemlerle saptanabilir . Katlanmamış proteinler, uzak-UV (170-250 nm) dairesel dikroizm (özellikle ~200 nm'de belirgin bir minimum) veya kızılötesi spektroskopi ile değerlendirildiği üzere ikincil yapı eksikliği ile de karakterize edilir . Katlanmamış proteinler ayrıca çözücüye maruz kalan omurga peptid gruplarına da sahiptir , böylece bunlar kolayca proteazlar tarafından bölünürler , hızlı hidrojen-döteryum değişimine maruz kalırlar ve NMR ile ölçüldüğü üzere 1H amid kimyasal kaymalarında küçük bir dağılım (<1 ppm) sergilerler . (Katlanmış proteinler tipik olarak amid protonları için 5 ppm kadar büyük dispersiyonlar gösterirler.) Son zamanlarda, hızlı paralel proteoliz (FASTpp) dahil olmak üzere , saflaştırmaya gerek kalmadan katlanmış/düzensiz fraksiyonu belirlemeye izin veren yeni yöntemler tanıtılmıştır. Yanlış anlamlı mutasyonların stabilitesi, protein partner bağlanması ve (örneğin) sarmal bobinlerin (kendinden)polimerizasyonunun neden olduğu katlanmaların stabilitesindeki ince farklar bile, yakın zamanda tropomiyosin-troponin protein etkileşimi kullanılarak gösterildiği gibi FASTpp kullanılarak saptanabilir. Tamamen yapılandırılmamış protein bölgeleri, kısa sindirim süreleri ve düşük proteaz konsantrasyonları kullanılarak proteolize karşı aşırı duyarlılıkları ile deneysel olarak doğrulanabilir.

IDP yapısını ve dinamiklerini incelemek için toplu yöntemler, topluluk şekli bilgisi için SAXS , atomistik topluluk iyileştirme için NMR , moleküler etkileşimleri ve konformasyonel geçişleri görselleştirmek için Floresan , aksi takdirde katı protein kristallerinde daha hareketli bölgeleri vurgulamak için x-ışını kristalografisi, ortaya çıkarmak için kriyo-EM içerir. proteinlerin daha az sabitlenmiş kısımları, IDP'lerin boyut dağılımlarını veya toplanma kinetiklerini izlemek için ışık saçılması, IDP'lerin ikincil yapısını izlemek için NMR kimyasal kayması ve Dairesel Dikroizm .

IDP'leri incelemek için tek moleküllü yöntemler, IDP'lerin konformasyonel esnekliğini ve yapısal geçişlerin kinetiğini incelemek için spFRET'i, IDP'lerin toplulukları ve bunların oligomerleri veya kümeleri hakkında yüksek çözünürlüklü bilgiler için optik cımbızları , IDP'lerin küresel şekil dağılımlarını ortaya çıkarmak için nanoporları, manyetik IDP'lerin mekansal-zamansal esnekliğini doğrudan görselleştirmek için düşük kuvvetlerde, yüksek hızlı AFM'de yapısal geçişleri uzun süre incelemek için cımbız .

Bozukluk açıklaması

AÇIKLAMA465 - protein bozukluğunu temsil eden X-ışını yapısında eksik elektron yoğunlukları ( PDB : 1a22 , reseptöre bağlı insan büyüme hormonu). PDB veritabanından ekran görüntülerinin derlenmesi ve VMD aracılığıyla molekül gösterimi . Mavi ve kırmızı oklar sırasıyla reseptör ve büyüme hormonu üzerindeki eksik kalıntılara işaret ediyor.

İçsel bozukluk ya deneysel bilgilerden not alınabilir ya da özel yazılımlarla tahmin edilebilir. Bozukluk tahmin algoritmaları , birincil dizi kompozisyonu, protein x-ışını veri setlerindeki atanmamış segmentlere benzerlik, NMR çalışmalarında esnek bölgeler ve amino asitlerin fiziko-kimyasal özelliklerine dayalı olarak yüksek doğrulukla (yaklaşık %80'e yaklaşan) İçsel Bozukluk (ID) eğilimini tahmin edebilir. .

Bozukluk veritabanları

Protein dizilerini içsel bozukluk bilgileriyle açıklamak için veri tabanları kurulmuştur. DisProt veritabanı deneysel bozukluğu olan tespit edilmiştir manuel olarak seçilen protein segmentleri bir koleksiyonu içerir. MobiDB , deneysel olarak düzenlenmiş bozukluk açıklamalarını (örneğin DisProt'tan) X-ışını kristalografik yapılarındaki eksik kalıntılardan ve NMR yapılarındaki esnek bölgelerden elde edilen verilerle birleştiren bir veri tabanıdır.

IDP'leri sıraya göre tahmin etme

Düzensiz proteinlerden düzensizliği ayırmak, düzensizlik tahmini için esastır. IDP'leri IDP olmayanlardan ayıran bir faktör bulmanın ilk adımlarından biri, amino asit bileşimi içindeki önyargıları belirlemektir. Aşağıdaki hidrofilik, yüklü amino asitler A, R, G, Q, S, P, E ve K düzensizliği teşvik eden amino asitler olarak karakterize edilirken, sıra teşvik eden amino asitler W, C, F, I, Y, V, L ve N hidrofobik ve yüksüzdür. Kalan amino asitler H, M, T ve D belirsizdir ve hem düzenli hem de yapılandırılmamış bölgelerde bulunur. Daha yakın tarihli bir analiz, amino asitleri düzensiz bölgeler oluşturma eğilimlerine göre şu şekilde sıralamıştır (düzen teşvikten düzensizliğe teşvik): W, F, Y, I, M, L, V, N, C, T, A, G, R, D, H, Q, K, S, E, P.

Bu bilgi, çoğu dizi tabanlı tahmin edicinin temelidir. NORS (Normal İkincil yapı) bölgeleri olarak da bilinen ikincil yapıya sahip olmayan veya çok az olan bölgeler ve düşük karmaşıklık bölgeleri kolayca tespit edilebilir. Bununla birlikte, tüm düzensiz proteinler bu kadar düşük karmaşıklık dizileri içermez.

tahmin yöntemleri

Biyokimyasal yöntemlerle düzensiz bölgelerin belirlenmesi çok maliyetli ve zaman alıcıdır. IDP'lerin değişken doğası nedeniyle, yapılarının yalnızca belirli yönleri tespit edilebilir, böylece tam bir karakterizasyon çok sayıda farklı yöntem ve deney gerektirir. Bu, ÜİYOK belirleme masrafını daha da artırır. Bu engeli aşmak için protein yapısını ve fonksiyonunu tahmin etmek için bilgisayar tabanlı yöntemler oluşturulur. Tahmin yoluyla bilgi elde etmek biyoinformatiğin temel amaçlarından biridir. IDP işlevi için tahminciler de geliştirilmektedir, ancak esas olarak doğrusal motif yerleri gibi yapısal bilgileri kullanır . Farklı yapısal ve/veya biyofiziksel özelliklere dayalı sinir ağları veya matris hesaplamaları gibi IDP yapısını tahmin etmek için farklı yaklaşımlar vardır .

Birçok hesaplama yöntemi, bir proteinin düzensiz olup olmadığını tahmin etmek için dizi bilgisinden yararlanır. Bu tür yazılımların dikkate değer örnekleri arasında IUPRED ve Disopred bulunur. Farklı yöntemler, bozukluğun farklı tanımlarını kullanabilir. Meta öngörücüler, daha yetkin ve kesin bir öngörücü oluşturmak için farklı birincil öngörücüleri birleştirerek yeni bir kavram gösterir.

Düzensiz proteinleri tahmin etmenin farklı yaklaşımları nedeniyle, göreceli doğruluklarını tahmin etmek oldukça zordur. Örneğin, sinir ağları genellikle farklı veri kümeleri üzerinde eğitilir. Bozukluk tahmin kategorisi, 3B yapısı eksik olan bölgelerin bulunmasında ( PDB dosyalarında REMARK465, X-ışını yapılarında eksik elektron yoğunlukları olarak işaretlenmiştir) doğruluğa göre yöntemleri test etmek için tasarlanmış , yılda iki kez yapılan CASP deneyinin bir parçasıdır .

Bozukluk ve hastalık

Yapısal olarak yapılandırılmamış proteinler bir dizi hastalıkla ilişkilendirilmiştir. Yanlış katlanmış proteinlerin toplanması, birçok sinükleinopatinin ve toksisitenin nedenidir, çünkü bu proteinler rastgele olarak birbirine bağlanmaya başlar ve kansere veya kardiyovasküler hastalıklara yol açabilir. Böylece, bir organizmanın yaşamı boyunca milyonlarca protein kopyası yapıldığından, yanlış katlanma kendiliğinden gerçekleşebilir. İçsel olarak yapılandırılmamış protein a-sinükleinin toplanmasının sorumlu olduğu düşünülmektedir. Bu proteinin yapısal esnekliği, hücrede modifikasyona yatkınlığı ile birlikte yanlış katlanmaya ve kümelenmeye yol açar. Genetik, oksidatif ve nitratif stresin yanı sıra mitokondriyal bozulma, yapılandırılmamış α-sinüklein proteininin yapısal esnekliğini ve ilişkili hastalık mekanizmalarını etkiler. Birçok anahtar tümör baskılayıcı , örneğin p53 ve BRCA1 gibi büyük, yapısal olarak yapılandırılmamış bölgelere sahiptir. Proteinlerin bu bölgeleri, etkileşimlerinin çoğuna aracılık etmekten sorumludur. Hücrenin doğal savunma mekanizmalarını model alarak, zararlı substratların yerini bloke etmeye ve onları engellemeye çalışarak hastalığa karşı mücadele eden ilaçlar geliştirilebilir.

Bilgisayar simülasyonları

Yüksek yapısal heterojenlik nedeniyle, elde edilen NMR/SAXS deneysel parametreleri, çok sayıda çok çeşitli ve düzensiz durum (düzensiz durumlar topluluğu) üzerinden bir ortalama olacaktır. Bu nedenle, bu deneysel parametrelerin yapısal anlamlarını anlamak için, bu toplulukların bilgisayar simülasyonları ile doğru temsiline ihtiyaç vardır. Tüm atom moleküler dinamik simülasyonları bu amaç için kullanılabilir, ancak kullanımları, düzensiz proteinleri temsil eden mevcut kuvvet alanlarının doğruluğu ile sınırlıdır. Bununla birlikte, bazı kuvvet alanları, düzensiz proteinler için mevcut NMR verilerini kullanarak kuvvet alanı parametrelerini optimize ederek düzensiz proteinleri incelemek için açıkça geliştirilmiştir. (örnekler CHARMM 22*, CHARMM 32, Amber ff03* vb.)

Düzensiz proteinleri karakterize etmek için deneysel parametrelerle (sınırlı-MD) sınırlandırılan MD simülasyonları da kullanılmıştır. Prensipte, bir MD simülasyonu (doğru Kuvvet alanı ile) yeterince uzun çalıştırıldığında verilen tüm konformasyonel uzayı örnekleyebilir. Çok yüksek yapısal heterojenlik nedeniyle, bu amaç için çalıştırılması gereken zaman ölçekleri çok büyüktür ve hesaplama gücü ile sınırlıdır. Bununla birlikte, hızlandırılmış MD simülasyonları, replika değişim simülasyonları, metadinamik , çok kanonik MD simülasyonları veya kaba taneli temsil kullanan yöntemler gibi diğer hesaplama teknikleri , daha küçük zaman ölçeklerinde daha geniş konformasyonel alanı örneklemek için kullanılmıştır.

Ayrıca, fonksiyonel IDP segmentlerini anlamak için genlerdeki ve ilgili kromozomal bantlardaki GC içeriğinin nicel analizine dayalı çalışmalar gibi IDP'leri analiz etmek için çeşitli protokoller ve yöntemler kullanılmıştır.

Languages

In other projects