Characterization and analysis of protein-protein interfaces

Abstract

Canlı hücrelerinde meydana gelen çesitli fonksiyonlar, dogada var olan sınırlı sayıdakiprotein etkilesimlerinin sonucu olarak ortaya çıkar. Benzer olarak, protein-protein arayüzeyyapılarının da sınırlı sayıda olması beklenilebilir. Çalısmada, (i) gerekli biyolojik çesitlilikiçin kaç çesit farklı protein ? protein etkilesim tipi beklendigi, (ii) hücre içi organizasyonunaydınlatılması için bu etkilesimlerin ne kadar kısmının bilindigi ve (iii) arayüzeyyapılarının sayısındaki artıs ile bunun sonucu Protein Veri Bankası'nın fonksiyonelkapsamı ve etkilesim haritasının düzlüge ulasıp ulasmadıgı sorularını cevaplandırmak içinen yeni elde edilmis olan protein arayüzey veri kümesi incelenmis, daha önceden eldeedilmis olan protein arayüzey veri kümeleriyle çok yönlü olarak karsılastırılmıstır.Sonuçlar, arayüzey yapılarının sayısının protein yapılarının sayısıyla karsılastırıldıgındaçok daha hızlı bir sekilde arttıgını ve henüz bu artısın durmadıgını göstermektedir. Buçalısmanın bir tahmini olarak, toplamda birbirinden farklı 8000 arayüzey yapısının olacagıve deneysel yöntemlerin simdiki hızıyla bunların açıklıga kavusturulmasının 30 yıl alacagıöngörülmüstür. Ayrıca, arayüzeylerin yapısal çesitliligine ragmen, bazı arayüzeylerin dahaçok kullanıldıgı ve buna ek olarak bu yapıların tek zincirli proteinler tarafından da tercihedildigi görülmüstür. Bir baska önemli sonuç da, bazı türlerin, özellikle ökaryotların, zinciriçi etkilesimi, daha az gelismis organizmaların ise zincirler arası etkilesimi tercih ettigigörülmüstür. Bu durum, ökaryotik hücrelerin karmasıklıgının sonucu olusmus biradaptasyon olarak nitelendirilmistir.Bu tez çalısması protein arayüzeylerinin çok yönlü analizini ve bunların uygulamaamaçlı kullanılmasını içermektedir. Elde edilen protein arayüzey veri kümesinin, proteinproteinetkilesimleri, proteinlerin birbirlerini tanıma mekanizmaları ve ilaç tasarımıylailgilenen arastırmacılar için zengin bir kaynak olacagına inanıyoruz.

The diverse range of cellular functions is performed by the limited number of proteinfolds existing in nature. One may similarly expect that the number of protein-proteininterface architectures would also be restricted. In this study, the recently derived dataset ofprotein-protein interfaces is analyzed and compared with older datasets to addressquestions like (i) how many different protein-protein interaction types are expected to existin nature for necessary biological diversity; (ii) what fraction of interactions is alreadyknown toward elucidation of the organization of the cell; and (iii) whether the increase inthe number of interface architectures and consequently the functional coverage andinteraction map of the PDB are reaching a plateau. The results show that number of proteininterfaces increases at a much faster rate compared to the number of folds and is not yet tolevel off. Functional coverage is also found to steadily increase. As an estimation of thisstudy, the total number of different interfaces will be around 8000 and it will take almost30 years to discover at the current rate of experiment. Also, despite the diversity ofinterface architectures, some are more favorable and frequently used, and of particularinterest, those are the ones which are also preferred in single chains. Another significantresult is that some species, especially eukaryotes, prefer intra chain domain-domaininteractions; others, less complex organisms, prefer inter chain interaction. This adaptationmay be the result of the crowded traffic in the eukaryotic cells.This thesis presents the multidirectional analysis and applications of the protein ?protein interfaces. We believe in that the dataset of protein ? protein interfaces is a richsource for researchers dealing with protein ? protein interactions, protein recognitionmechanisms, drug design etc.