Analysis of the proper nano environment for nuclearing and maintaining the secondary structure elements in the structural context for functional proteins

Orientador: Goran NeshichTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: As proteínas exercem um papel vital na manutenção da vida. Entre as diversas funções que as proteínas têm, destacam-se, por exemplo: proteínas estruturais, de transporte, proteção e defesa, controle e regulação de expressão, catálise, movimento e armazenamento. Para um entendimento melhor da relação entre a sequência de aminoácidos de uma proteína, sua estrutura tridimensional e a função desempenhada por ela, foi proposta a análise do nano-ambiente proteico onde os elementos de estrutura secundária alfa-hélice, folha-beta e turn estão inseridos. A hipótese que motivou essa abordagem é a existência de um "sinal", ou seja, uma variação nos valores dos descritores físico-químicos e estruturais que distinguem o local específico onde determinado elemento de estrutura secundária está inserido no arcabouço da inteira proteína. Entender como são formados os elementos de estrutura secundária abrirá o caminho para compreendermos como as proteínas assumem sua estrutura final, e consequentemente, sua função. Neste trabalho utilizamos o STING_RDB , uma base de dados única no mundo, que reúne em um único repositório mais de 1500 descritores físico-químicos e estruturais de todos os resíduos de aminoácidos para cada cadeia de todas as estruturas proteicas depositadas no PDB (Protein Data Bank). As estruturas armazenadas no STING_RDB foram separadas em diferentes Data Marts, que são porções extraídas da inteira base de dados, após uma seleção rígida. As estruturas selecionadas e guardadas nesses Data Marts foram então alinhadas posicionalmente pelo respectivo elemento de estrutura secundária, e posteriormente extraíram-se desses alinhamentos os dados referentes aos descritores físico-químicos e estruturais que descrevem o nano-ambiente onde se insere o elemento de estrutura secundária. Esse processo foi usado na busca dos "sinais". Este trabalho descreve como os dados contidos nesses Data Marts foram selecionados, preparados, analisados e interpretados. Baseado nos resultados obtidos, concluímos que o nano-ambiente pode ser descrito não por um descritor, mas por um conjunto de descritores, e que essa descrição varia de acordo com o elemento de estrutura secundária estudado. Isso diferencia o nano-ambiente do restante da proteína, e não apenas entre os diferentes tipos de elementos de estrutura secundáriaAbstract: Proteins play a vital role in maintaining life. Among the various functions that proteins have, one may, for example, cite those such as structural proteins, transport, protection and defense, control and regulation of expression, catalysis, movement, and storage. For a better understanding of the relationship between the amino acid sequence of a protein, its structure and the function performed by it, it was proposed the analysis of the protein nano environment where alpha-helix, beta-beta and turn secondary structure elements are inserted. The hypothesis that motivated this approach is the existence of a "signal", that is, a variation in the values of the physical-chemical and structural descriptors that distinguish the specific site where the secondary structure element is inserted in the framework of the entire protein. Understanding how the secondary structure elements are formed will open the way to understanding how proteins assume their final structure and hence their function. In this work we use STING_RDB, a unique database, which brings together in a single repository more than 1500 physical-chemical and structural descriptors of all amino acid residues for each chain of all protein structures deposited in the PDB (Protein Data Bank). The structures stored in STING_RDB have been separated into different Data Marts, which are portions extracted from the entire database, after a rigid selection. The structures selected and stored in these Data Marts were aligned by the respective secondary structure element, and subsequently, the data referring to the physical-chemical and structural descriptors that describe the nano-environment where the secondary structure element is inserted are extracted from these positional alignments. This process was used in the search for "signs". This paper describes how the data contained in these Data Marts were selected, prepared, analyzed and interpreted. After this extensive work, we conclude that the nano-environment can be described not by a single descriptor, but by a set of descriptors and that this description varies according to the secondary structure element studied. Also, any of the nanoenvironments suitable for the studied secondary element is different from the rest of the proteinDoutoradoBioinformaticaDoutor em Genetica e Biologia Molecula