Huntingtin proteininin biyoinformatik açıdan incelenmesi

Abstract

Biyolojik fonksiyonları açısından çok fazla çeşitlilik gösteren proteinler, genetik bilginin ifadelendiği moleküler araçlardır. Proteinler amino asitlerin dehidrate polimerleri olup, tümü yirmi amino asitin karakteristik diziler halinde kovalent olarak bağlanması ile oluşur. Proteinlerde bulunan yirmi yaygın amino asit ?-karbon atomuna bağlı, ?-karboksil grubu, ?-amino grubu ve ayırt edici bir değişken (R) grubu içerirler. Bir proteinin yapısındaki atomların uzaysal düzlenimi proteinlerin konformasyonu olarak adlandırılır. Proteinler için dört yapı düzeyi tanımlanmıştır; bunlar birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül yapılardır. Süper ikincil yapılar olan motifler veya katlanmalar, ikincil yapıda bulunan elemanların ve bunlar arasındakibağlantıların düzlenimleridir. Motiflere dayalı protein organizasyonu genel olarak dört sınıfa ayrılabilir: tümü ?, tümü ß, ?/ß ve ?+ß.Protein yanlış katlanmasının rol oynadığı hastalıkların listesi gün geçtikçe büyümektedir ve nörodejeneratif hastalıklar en geniş grubu oluşturmaktadır. Bu hastalıklara yol açan selektif nörodejenerasyon mekanizmalarının çözülebilmesi, normal ve mutant durumdaki proteinlerin modellerinin oluşturulması ve yapılarının belirlenmesini gerektirmektedir. Bu sayede hastalıkların tedavisi yolunda da adımlar atılabilecektir. Yapı analizi ile proteinlerin 3D yapısını belirlemek için üç tane önemli tahmin yöntemi vardır: homoloji modellemesi, hizalama ve ab initio.Huntington Hastalığı'nda mutasyona uğrayan huntingtin proteininde ard arda tekrar eden gutamin amino asitlerinin sayılarında artış olmaktadır. Bunu takiben de protein konformasyonunda değişimler, mutant protein agregatları ve selektif nöron ölümü gözlemlenmektedir. Bu çalışmada VMD programı kullanılarak htt protein modeli oluşturulmuş ve protein üzerinde glutamin artışı mutasyonları oluşturularak protein konformasyonundaki değişim gösterilmeye çalışılmıştır. Normal ve mutant proteinin karşılaştırılmasında mutant proteinin yapısında dönüş ve sarmal yapılarının arttığı, ? -heliks yapılarının kısaldığı gözlenmiştir. Bu durumda protein kendi içinde veya diğer proteinlerle kovalent olmayan bir etkileşime girerek kıvrımlı ß tabakaları şeklinde ikincil bir yapı oluşturarak çökebilir. Mutant proteinin yapısının ortaya çıkarılması, moleküler mekanizmanın daha iyi anlaşılmasına ve bu doğrultuda çeşitli tedavi yöntemlerinin geliştirilmesine ışık tutacaktır.Anahtar Kelimeler: Huntington Hastalığı, huntingtin, protein yapı analizi, VMD, hizalama

Proteins, showing considerable variation in terms of their biological functions, are the molecular instruments with which genetic information is described. Proteins are the dehydrated polymers of amino acids and are formed by the covalent bonding of twenty amino acids in linear series. Twenty common amino acids include ?-carboxyl group, ?-amino group and a distinctive R (variable) group, bonded to the ?-carbon atom. The spatial leveling of the atoms in the structure of a protein is called the conformation of proteins. Four structure levels have been defined for proteins; primary, secondary, tertiary and quaternary structures. The motives or simple folding in the super secondary structures are the leveling of the elements in the secondary structure and the connections between them. Motives can be seen as units from simple to complex or sometimes repetitive units or their combinations. Folding of polypeptides depends on the arrangement of both physical and chemical limitations. Protein organization based on motives can generally be divided into four classes: all ?, all ß, ?/ß and ?+ß.The list of the diseases led by the wrong folding of proteins increases day by day and neurodegenerative diseases constitute the largest group among them. The mechanisms leading to selective neurodegeneration can be explored via modeling the normal and mutant forms of the proteins and analyzing their structures. With this information, studies regarding disease therapy can be initiated. In order to determine the 3D structure of the proteins with structure analysis, there are three important estimation methods, which are homology modeling, hizalama and ab initio.In Huntington?s Disease, glutamin amino acids are expanded in the mutant huntingtin protein. This is followed by conformational changes in the protein, mutant protein aggregation and selective neuron death. In this study, VMD programme is used to model the htt protein and changes in the protein structure is analyzed through forming glutamin expansion mutations. In the comparison of normal and mutant protein, it has been observed that the turn and coil structures are increased and ?-helix structures are shorter. In this situation, protein may gain non-covalent interactions within itself or other proteins and aggregate in the form of twisted ß sheets. Determination of the structure of the mutant protein, will light the way ofbetter understanding of the molecular mechanism and developing certain treatment methods.Key words: Huntington?s Disease, huntingtin, protein structure analysis, VMD, threading