Výpočet interakční energie amfifilních peptidů

Bc. Daniel Jaroň

Master's thesis

Calculations of free energy of interaction of amphiphilic peptides

Abstract:

Coiled-coil (CC) je strukturní motiv, který je často přítomný v proteinech a to jak v uspořádání samotného proteinu tak jejich samouspořádaných struktur. Nejjednodušším typem CC je dimer složený ze dvou podélně orientovaných α-helixů držících u sebe pomocí hydrofobní interakce. Typickým charakterem takových helixů jsou specificky opakující se sekvence po sedmi aminokyselinách značených A-G. Cílem této práce bylo prostudovat sílu interakce tří skupin CC dimerů. První skupina souvisí s biologicky důležitým MYC proteinem, což je transkripční faktor často spojovaný s rakovinou. V druhé skupině jsme studovali synteticky vytvořený peptid, jehož samouspořádané struktury a vliv jednotlivých aminokyselin byly důkladně prozkoumány. V třetí skupině jsme pak systematicky měnili sekvenci a zkoumali vliv solných můstků na disociační energii CC. Pomocí metody umbrella sampling jsme napočítali disociační volnou energii pro všechny studované systémy. Výsledky první skupiny ukázaly, že část MYC proteinu (který je součástí CC motivu) váže OmoMYC a MYC slabě, zatímco MAX a MAD jsou vázány silně. Analýza druhé skupiny ukázala, že pozice B, C a F nemají vliv na disociační energii. A výsledky z třetí skupiny nevykazovaly žádnou spojitost mezi počtem solných můstků a disociační energií, což vedlo k vytvoření nového protokolu, který by měl opravit chyby předchozího. Výsledky této práce přispívají k pochopení interakce CC a vlivu jednotlivých aminokyselin. Znalost těchto interakcí nám může pomoci k vývoji potenciálních inhibitorů důležitých vazebných míst a k designu syntetických peptidů, které se samovolně skládají do předdefinovaných tvarů.

Abstract:

Coiled-coil (CC) is a structural motif very abundant among proteins and is one of the main structural components of self-assembly structures. The simplest type of CC is a dimer formed from two parallel α helices, which are bound together via hydrophobic interaction. Typical characteristics of such helices are specific pattern of seven amino acids noted A-G. The goal of the thesis was to investigate the interaction of three groups of CC dimers. The first group is related with biologically important MYC protein, which is Transcription factor, often related with cancer. In the second group we studied synthetically created peptide, whose self-assembled structures and impact of specific amino acids was well-investigated. In the third group we systematically changed sequence and investigated impact of salt bridges on dissociation energy of CC. Using MD simulations and umbrella sampling method, we computed dissociation free energy of all studied systems. Results from the first group showed that the part of MYC (which participate in CC motif) binds OmoMYC and MYC weakly, however MAX and MAD are bound strongly. By analysis of the second group, we show that B, C, and F positions have no impact of dissociation energy. And the results from third group did not show any connection between number of SB and dissociation free energy, which led us to understanding the importance of proper reaching free energy minima and its connection to the protocol. This thesis results contribute to understanding of interaction of CC and impact of specific amino acids. Understanding all aspects of the CC interaction might lead to the development of possible inhibitors of important binding sites, and to the design of peptides, that self-assemble to predefined structures.

Keywords

coiled-coil, samouspořádané peptidy, MYC protein, molekulová mechanika, molekulová dynamika, výpočty volných energií, umbrella sampling, self-assembly peptides, molecular mechanics, molecular dynamics, free energy calculation

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 1. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 6. 2. 2019
• Supervisor: doc. RNDr. Robert Vácha, PhD.
• Reader: RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Chemoinformatics and Bioinformatics