Studium konformačního chování lektinu BCLA a jeho delečních mutantů

Bc. Alexej Kulaš

Master's thesis

Conformational behavior study of the BCLA lectin and its deletion mutants

Anotácia:

Jedním z cílů diplomové práce byla analýza konformačního chování třech BclA delečních mutantů buď volných nebo v komplexes s mannosou pomocí prostředků molekulové dynamiky a analýzy trajektorií základní dynamikou. Tito tři deleční mutanti byly vybráni a experimentálně připraveni glykobiochemickým týmem pod vedením doc. RNDr. Michaely Wimmerové, Ph.D. BclA protein vykazuje kooperativitu mezi vazebnými místy pro mannosu. Tato kooperativita bývala vysvětlována neobvykl dlouhou smyčkou interkalovanou mezi těmito dvěma monomery, která u zbytku rodiny PA-IIL chybí. K ověření této teorie byli připraveni deleční mutanti s delecemi právě v dlouhé smyčce. Naneštěstí tito mutanti nevykazovali relevantní vazebnou aktivitu. Pro zjištění důvodu byla provedena MD analýza a analýza základní dynamiky. Tato analýza byla předmětem této práce. Byli připraveni tři mutanti in silico mutagenezí a to s a bez mannosy v jednom aktivním místě. Všechny testované molekuly bez mannosy vykazovaly strukturní stabilitu. V případě mutantů s mannosou v jednom aktivním místě vykazovali všichni strukturní nestabilitu v aktivních místech, která vedla k oddělení mannosy a odstranení Ca(II) iontu z aktivního místa bez mannosy. Tato nestabilita by mohla být vysvětlena faktem, že zmíněná dlouhá smyčka se podílí na stabilizace C-konce proteinu, který je důležitý pro koordinaci Ca(II) iontů. Vektorová analýza ukazovala na kooperativní pohyb částí proteinu. Rovněž vázání jedné mannosy do aktivního místa vedlo ke zvýšení pohybu uvnitř druhého aktivného místa. Tyto fakta ukazují na to, že stále existuje kooperativní pohyb mezi monodimerními jednotkami, přestože dlouhá smyčka v aktivním místě byla považována za důležitou pro stabilitu celé proteinové jednotky.

Abstract:

One of the goals of my thesis was to analyze the conformational behaviour of three BclA deletion mutants free or in complex with mannose, by the means of Molecular Dynamics simulations and analyzing the trajectories by essential dynamics. These three deletion mutants were chosen and experimentally prepared by the glycobiochemistry team of doc. RNDr. Michaela Wimmerová, Ph.D. The BclA protein exhibits cooperativity between its two mannose binding sites. This cooperativity has been explained by an unusually long loop intercalated between these two monomers, which is absent in the rest of the PA-IIL family. To test this theory, deletion mutants were prepared, with deletions in the long loop. Unfortunately these mutants didn’t exhibit relevant binding activity. For testing the reason of the problem an MD analysis, and essential dynamics analysis was performed. This analysis was the subject of mine thesis. Three deletion mutants were prepared in silico with and without mannose residue in one active site. All the tested molecules without mannose showed structural stability. In the case of mutants with mannose in one active site, all showed instability in the active sites. Tested mutants with mannose in one active site, showed structural instability leading to separation of mannose residue and in one case detachment of one Ca(II) ion from the active site without mannose. This instability could be explained that long loop in wild-type accounted on stabilization of very C-end of of protein, which is important for coordination of one of Ca(II) ions. Vector analyzes demonstrated the cooperative movement of the protein parts. Also the binding of one mannose in one of active sites resulted in increased movement inside other active site. These proves assumes that there is still a cooperative movement between monodimer units, eventhough the long loop in active site accounted for stability of the whole protein unit.

Keywords

lectin, calcium ions, carbohydrate, molecular dynamics, essential dynamics, amber, BclA

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 20. 5. 2010

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 22. 6. 2010
• Vedúci: prof. RNDr. Jaroslav Koča, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / odbor:
Biochemistry / Biomolecular Chemistry