Strukturní analýza proteinů 14-3-3 s využitím molekulové dynamiky.

Bc. Hana Zigová

Master's thesis

Structural analysis of 14-3-3 proteins by utilizing molecular dynamics simulations

Abstract:

14‑3‑3 proteiny interagují se stovky regulačních proteinů v eukaryotických organismech, čímž se podílejí na důležitých procesech zahrnujících kontrolu buněčného cyklu a signálních drah. Funkce 14‑3‑3 proteinů je spojená s jejich oligomerní strukturou, kterou je in vivo dominantně homo- nebo hetero- dimerní forma. Zajímavé změny ve vazbných vlastnostech byly pozorovány u mutantních 14‑3‑3ζ proteinů, které se vyskytují převážně v monomerní formě. Cílem této práce je studium struktury těchto monomerních forem, stejně jako dynamických procesů vedoucích k disociaci dimerů. K tomuto účelu jsou použité metody molekulového modelování včetně molekulové dynamiky, metod s vylepšeným vzorkováním a výpočtů volných energií. Volné energie definující dimer‑monomerní rovnováhu jsou určené pomocí Hamiltonovské molekulové dynamiky s výměnou replik (H-REMD) a metody Potenciálu střední síly (PMF). Výsledky simulací ukazují, že volná energie dimerní formy je nižší u přirozené formy 14-3-3ζ než u mutantních forem.

Abstract:

14‑3‑3 proteins regulate number of essential functions in eukaryotic organisms through binding to hundreds of proteins involved in cell cycle control and signalling pathways. The 14‑3‑3 functionality is influenced by the oligomeric state of the protein, which is dominantly homo- or hetero- dimer in vivo. Interesting shifts in the biological function were observed in certain dimer-deficient 14‑3‑3ζ variants. Structural properties of these monomeric variants, as well as dynamic processes leading to dimer dissociation of the 14‑3‑3ζ isoform is the main focus of this thesis. For this purpose, an array of computer simulations are applied including conventional molecular dynamics, enhanced sampling molecular dynamics and free-energy calculations. Free-energy differences between the bound and unbound state, which define the dimer-monomer equilibrium, are approached combining Hamiltonian replica exchange molecular dynamics and potential-of-mean-force calculations. The free‑energies from the simulations show significantly less favourable monomer binding of the dimer‑incapable variants than of the wild‑type.

Keywords

14-3-3 protein, Molecular dynamics, Replica exchange, Enhanced sampling, Dimer dissociation, FRET, Binding free‑energies, Molekulová dynamika, Volná energie, Dimer-monomerní rovnováha, PMF profil

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 16. 6. 2016
• Supervisor: RNDr. Mgr. Jozef Hritz, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biomolecular Chemistry