Modal analysis of myosin II and identification of functionally important sites

Abstract

Protein dinamiği analizlerinde yapısal ve dalgalanma özellikleri kullanan metodlar uygulanmaktadır. Dalgalanma analizi çalışmalarının sonuçları buradan elde edilecek bilgilerin ümit verici olduğunu göstermektedir. Bundan önceki çalışmalarda kütle ve yay sistemleri sıklıkla kullanılmaktadır. Ancak dalgalanma analizlerinde kullanılan modellerde sistemdeki titreşimlerim tamamen harmonik olmaları nedeniyle deneysel verilerle arasında önemli bir fark oluşmaktadır. Harmonik davranıştan farklılıklar daha çok yavaş ve kollektif modlarda meydana gelmektedir. Anharmonik mod ayrışımı yöntemi bu farkı kapatabilecek düzeltmelerin ilk aşamasıdır. Daha yüksek mertebeden düzeltmeler modların kendi aralarında olan etkileşimlerden dolayı limitlidir. Mode eşlenimi düzeltmeleri ise enerji transferi ve allosterik mekanizmaya yönelik önemli bilgiler içermektedir.Bu çalışmada, moleküler dinamik sonuçları Dictyostelium discoideum myosin II motor yapısını bir test ortamı olarak kabul edip incelenmiştir. Mod dalgalanma dağılımları MD kullanılarak oluşturulup, tamamen harmonik olan sistemlerin üzerine anharmonik düzeltmeler yapılması amacıyla kullanılmıştır. Hermite tensör polinomları ise mod dalgalanma dağılımlarının elde edilmesinde kullanılmıştır. Mod uzayındaki dalgalanmalar daha sonrasında gerçek uzay koordinatlarına dönüştürülüp KL metriği ile karşılaştırılmıştır. Ligand bağlı ve serbest protein durumlarına ait sonuçlar mod çiftlenmi etkisinin tekbaşına proteinin işlevsel olarak önemli kısımlarını gösterdiği görülmüştür.

Analysis of protein dynamics uses structural and ? uctuation based methods. Fluctuation analysis of protein dynamics has proven to be a rewarding venue of research. Mass and spring models are used in previous research commonly. However, ? uctuations of this models are based on purely harmonic which has signi ? cant gap between the experimental results. Deviations from harmonicity mostly observe in slow, collective modes. Corrections like anharmonic modal decomposition are ? rst step in order to minimize this gap. The contribution of the higher-order corrections is limited because of the interacting modes.Mode-coupling corrections which yield valuable information on means of energy transfer and allostery.In this work, molecular dynamic results of Dictyostelium discoideum myosin II motor domain is used as test ground. Mode ? uctuation distributions produced using MD results, fully harmonic models and a model with anharmonic corrections. Tensorial hermite polynomials are used in order to obtain distributions of modal ? uctuations. Fluctuations onmodal space are transformed back into real space and distribution of residual ? uctuations is compared using KL divergence. Analysis results for ligand-bound and free myosin dynamics are used in order to demonstrate that the mode-coupling contributions alone highlight functionally important sites.