AVPR2 PROTEİNİNİN HOMOLOJİ TEMELLİ ÜÇ BOYUTLU YAPI MODELLEMESİ

Proteins are molecules found in all organisms and made up of unique amino acid sequences including many physiological processes directly. The three dimensional structure of a protein can determine the biological importance of that protein and its work within a process. The molecular effect of mutations on the structure and function of proteins is important. Any change in the protein sequence (deletion, insertion or mutation) can affect a specific or a whole area by disrupting the balance of interaction forces within the protein. These changes in the protein structures are assessed using bioinformatics tools today. Bioinformatics form a multidisciplinary connection including genetics, structural biology and biochemistry. Homology based modeling studies, an area of bioinformatics, predicts the three dimensional structure of proteins. Knowing the physico-chemical features of proteins that are worked on and the three dimensional homology modeling studies of proteins are important in assessing the three dimensional structures of proteins. Knowing the three dimensional structure of a mutant or wild type of a protein plays an important role in protein-protein, protein-ligand and doking studies. In accordance with this information, drug design development studies are designed for the treatment of diseases caused by mutations. The aim of this study is to assess the mutant AVPR2 proteins (which were previously functionally analyzed by our group) homology models using bioinformatics tools with their physico-chemical features and mutation function analyses, to provide information to be used for future treatment-oriented docking and modelling studies. For this purpose, wild type AVPR2 and mutant type ΔR67_G69, G107W, ΔR67_G69/G107W, R68W, V162A and T273M models were extracted with Swiss-Prot homology modelling, a bioinformatics tool. Physico-chemical features of wild type and mutant type models are calculated with a programme named ProtParam. Wild type and mutant type models were examined through visualization on the Chimera programme. Generated models were assessed together with physico-chemical calculations and mutation function analyses. As a result, it was determined that mutation function analyses of all models studied as part of the thesis, physico-chemical calculations and generated models support each other. This study will give information to the future studies about docking and modelling researches for treatment strategies when all in-vitro experiments, homology modelling studies and clinical features of the patients are considered together.İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET i ABSTRACT iii TEŞEKKÜR v İÇİNDEKİLER vii ÇİZELGELER ixx ŞEKİLLER x SİMGELER VE KISALTMALAR xiii 1. GİRİŞ 1 1.1. Proteinler ve Proteinlerin Yapısal Özellikleri 2 1.1.2. Proteinlerin Fiziko-Kimyasal Özellikleri 8 1.2.Protein Modelleme Çalışmalarında Biyoinformatik ve Sekans Analizleri 9 1.2.1.1. Sekans Veri Tabanı Araştırmaları 11 1.2.1.2. Çoklu Sekans Eşleştirmeleri 12 1.2.1.3. Filogenetik analiz 12 1.2.1.4. Reziduların Fonksiyonel İlişkileri 12 1.2.1.5. Sekans Motiflerinin Araştırılması 12 1.2.1.6. Sekonder Yapı Tahmini 13 1.2.2. Protein Yapı Çalışmaları 13 1.2.2.1. Protein Yapı Çalışmalarında Kullanılan Veri Bankaları 14 1.2.2.1.1. Yapısal Biyoinformatik için Araştırma Ortaklığı (Research Collaboratory For Structural Bioinformatics, RCSB PDB) 17 1.2.2.1.2. Avrupa Biyoinformatik Enstitüsü (The European Bioinformatics Institute, MSD-EBI) 18 1.2.2.1.3. Protein Veri Bankası Japonya (Protein Data Bank Japan, PDBj) 19 1.2.2.1.4. Proteinlerin Yapısal Sınıflandırması (Structural Classification of Proteins, SCOP) 21 1.2.2.1.5. Sınıf-Yapı-Topoloji-Homolog Süperaileleri (Class-Architecture,-Topology-Homologous Superfamily, CATH) 23 1.2.2.2. Proteinleri 3 Boyutlu Yapılarının Tahmini İçin Kullanılan Yöntemler 24 1.2.2.2.1. Kıvrım Tanıma Yöntemi 25 1.2.2.2.2. Ab initio modelleme 25 1.2.2.2.3. Homoloji Modelleme ve Homoloji Modelleme Basamakları 26 1.2.2.2.3.1. Swiss Model ile Homoloji Modelleme Çalışması 27 1.2.2.2.3.2. Üç Boyutlu Yapıları Görselleştirme Araçları 31 1.2.2.2.3.2.1. Rasmol 31 1.2.2.2.3.2.2. PyMOL 33 1.2.2.2.3.2.3. UCSF Chimera Programı 33 1.2.3. Fiziko-Kimyasal Özellik Hesaplama Çalışmaları 36 1.3. G Protein Bağlı Reseptörler ve Modelleme Çalışmaları 39 AVPR2 Geni ve Proteini 42 2. MATERYAL VE YÖNTEM 47 2.1. Sekans Analizi 47 2.2. Homoloji Modelleme Çalışması 52 2.3. Üç Boyutlu Yapıların Görselleştirilme Çalışması 52 2.4. Sperman Korelasyon Katsayısı ile Homoloji Modelleme Verilerinin ve Fonksiyon Analizi Çalışma Sonuçlarının Değerlendirilmesi 53 2.5. Üç Boyutlu Yapıların Fiziko-kimyasal Özelliklerinin Hesaplanması 53 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA 54 3.1. Sekans Analizlerinin Derlenmesi 53 3.2. Homoloji Modelleme Çalışması 54 3.3. Üç Boyutlu Yapıların Görselleştirilme Sonuçları 55 3.4. Sperman Korelasyon Katsayısı ile Homoloji Modelleme Verilerinin ve Fonksiyon Analizi Çalışma Sonuçlarının Arasındaki İlişkinin Gösterilmesi 73 3.5. Modellerin Fiziko-kimyasal Özelliklerinin Hesaplama Sonuçları 76 KAYNAKLAR 85 ÖZGEÇMİŞ 92Proteinler bütün organizmalarda bulunan ve birçok fizyolojik sürece doğrudan katılan amino asit dizilerinden oluşan eşsiz moleküllerdir. Bir proteinin üç boyutlu yapısı o proteinin biyolojik önemini ve süreç içerisindeki görevini belirleyen faktörler arasında sayılabilir. Mutasyonların proteinlerin moleküler yapısı ve işlevi üzerine olan etkisi oldukça önemlidir. Protein dizisindeki herhangi bir değişim protein içindeki etkileşim kuvvetlerinin dengesini bozarak belirli bir bölgeyi ya da bütünü etkileyebilir. Protein yapılarındaki bu değişiklikler günümüzde biyoinformatik araçlar kullanılarak değerlendirilmektedir. Biyoinformatik; genetik, klinik, yapısal biyoloji ve biyokimya alanları dahil olmak üzere disiplinler arasında bağ kurmaktadır. Biyoinformatiğin alanı olan homoloji temelli modelleme çalışmaları proteinlerin üç boyutlu yapısını tahmin etmeye çalışmaktadır. Çalışılan proteinlerin fiziko-kimyasal özelliklerinin bilinmesi ve proteinlerin üç boyutlu homoloji modelleme çalışmaları proteinlerin üç boyutlu yapılarının değerlendirilmesinde önemlidir. Bir proteinin mutant ya da yabanıl tipinin üç boyutlu yapısının bilinmesi protein-protein, protein-ligant ve doking çalışmalarında önemli rol oynar. Bu çalışmanın amacı, in-vitro mutasyon fonksiyon analiz çalışmaları araştırma grubumuz tarafından tamamlanmış olan mutant AVPR2 protein homoloji modellemelerini biyoinformatik araçlar kullanılarak elde etmek, fiziko-kimyasal özelliklerini belirlemek ve elde edilen sonuçları ilgili proteinlerin in-vitro fonksiyon analiz çalışmalarından elde edilen sonuçlar ile birarada değerlendirmektir. Bu amaçla yapılan çalışmalarda, yabanıl tip AVPR2 ve ΔR67_G69, G107W, ΔR67_G69/G107W, R68W, V162A ve T273M mutant tip AVPR2 modelleri Swiss-Model homoloji modelleme veri tabanı ile çıkarılmıştır. Yabanıl tip ve mutant tip modellerin fiziko-kimyasal özellikleri ProtParam programı ile hesaplanmıştır. Yabanıl ve mutant tip modeller Chimera programında görselleştirilerek incelenmiştir. Oluşturulan modeller, fiziko-kimyasal hesaplamalar ve mutasyon fonksiyon analizleriyle beraber değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, tez kapsamında çalışılan bütün modellerin mutasyon fonksiyon analizlerin, fiziko-kimyasal hesaplamalar sonucu elde edilen verilerin ve oluşturulan modellerin birbirlerini desteklediği belirlenmiştir. İn-vitro mutasyon analizleri, homoloji modelleme çalışmaları ve hastaların klinik durumları birlikte değerlendirildiğinde bu çalışma gelecekteki tedavi amaçlı doking ve modelleme çalışmalarında kullanılabilecek bilgiler sunmaktadır