Matematické modelování dimerizace 14-3-3 proteinů

Bc. Eliška Pirnosová

Bachelor's thesis

Mathematical modeling of 14-3-3 protein dimerization

Abstract:

14-3-3 jsou rodinou eukaryotických regulačních proteinů, pro jejichž funkci je podstatná dimerní kvarterní struktura. V savčím proteomu je známo sedm izoforem proteinu 14-3-3 a ty mohou tvořit homo- a heterodimery. Izoformy mají podobné biofyzikální vlastnosti, liší se však v aminokyselinové sekvenci a tak vznikají odlišnosti v jejich interaktomech a dimerizačních preferencích. Dimerizační preference 14-3-3 izoforem dále závisí na posttranslačních modifikacích, hlavně na fosforylaci Ser58. Tato práce se věnuje experimentálnímu stanovení rychlostních a rovnovážných disociačních konstant pro vybrané dimerizace lidských 14-3-3 proteinů. Práce se dále věnuje návrhu dvou matematických modelů, které popisují chování komplexní směsi 14-3-3 proteinů. První model popisuje chování směsi 7 lidských izoforem 14-3-3. Druhý model zahrnuje i varianty 14-3-3 fosforylované na dimerním rozhraní. Pomocí modelů můžeme na základě rychlostních a rovnovážných konstant jednotlivých dimerizací a celkových koncentrací 14-3-3 izoforem numericky určit stav populací jednotlivých homodimerů, heterodimerů a monomerních jednotek. Navržené modely by v budoucnu mohly přispět ke kvantitativnímu stanovení zastoupení jednotlivých homo- a heterodimerů s ohledem na expresi různých 14-3-3 izoforem v konkrétní tkáni a následně k lepšímu pochopení jejich funkce.

Abstract:

14-3-3s are a family of eukaryotic regulatory proteins. For their function, dimeric quaternary structure is important. Mammalian proteome includes seven 14-3-3 isoforms and these can form both homo- and heterodimers. Biophysical properties of these isoforms are very similar. However, they slightly differ in their amino acid sequences. Thus, interactomes and dimerization preferences of the isoforms are different. Dimerization preferences of 14-3-3 isoforms further depend on posttranslational modifications, mainly on phosphorylation of Ser58. First part of this thesis focuses on experimental determination of rate and equilibrium dissociation constants for chosen dimerizations of human 14-3-3 proteins. Following part of the thesis is focused on designing two mathematical models describing the behaviour of complex mixture of 14-3-3s. The first model describes the behaviour of a mixture of 7 human 14-3-3 isoforms. The second model includes 14- 3-3 variants phosphorylated at the dimer interface. Using the models, it is possible to numerically determine the populations of individual homodimers, heterodimers, and monomeric units based on the rate and equilibrium constants of individual dimerizations and the total concentrations of 14-3-3 isoforms. In the future, the proposed models could contribute to the quantitative determination of the individual homo- and heterodimers concentrations with respect to the expression of different 14-3-3 isoforms in a specific tissue and consequently to a better understanding of their function.

Keywords

14-3-3 proteiny, dimerizace, dimer-monomerní rovnováha, FRET, COPASI, 14-3-3 proteins, dimerization, dimer-monomer equilibrium

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 21. 6. 2024
• Supervisor: doc. RNDr. Mgr. Jozef Hritz, Ph.D.
• Reader: doc.Mgr. Daniel Jancura, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Computational biology and biomedicine / Biomedical bioinformatics