VON HIPPEL-LINDAU TÜMÖR BASKILAYICI PROTEİNİNİN YAPISAL DİNAMİĞİ
Böbrek kanseri dahil birçok organda selim ve habis tümör oluşumuyla nitelenen kalıtsal otozomal dominant bir hastalık olan von Hippel-Lindau (VHL) kanser sendromu, von Hippel-Lindau tümör baskılayıcı proteini (pVHL) üzerindeki mutasyonlarla ilişkilidir. Elongin C-Elongin B bileşiğine bağlı bulunan pVHL üzerindeki mutasyon, hipoksiyle indüklenebilir faktör (HIF) ve vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF) üretimini aktive ederek tümör oluşumuna yol açar. Bu çalışmada, bilgisayar ortamında tasarlanan Elongin C ve HIF zincirlerine bağlı pVHL yapısı, Moleküler Dinamik (MD) simülasyon metodu kullanılarak simüle edilmiş ve elde edilen yapılardan veri kümeleme metodu ile temsilci yapılar seçilerek yapısal dinamik analizlerinde kullanılmıştır. Bileşiğin yaban tipi ve tasarlanmış Y98N, Y98N-G123F ve Y98N-D179N mutant yapılarının dinamiği, proteinlerde normal modlara dayalı üç boyutlu harmonik titreşimsel analiz yaparak kollektif hareketlerinin yönlerini ve boyutlarını tahmin eden Eşyönsüz Ağyapı Modeli (ANM) ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Rezidülerin dalgalanma yönleri, özellikle hareket boyutları en düşük olan ve dinamik olarak önemli dayanak bölgelerinin etrafında değişiklik göstermektedir. Bu da, proteinlerde dayanak bölgelerinin dinamik davranış biçiminin işlevle ilişkili olduğunu ispatlamaktadır. ANM ile hesaplanan en kooperatif işlevsel hareket modlarında protein rezidülerindeki dalgalanma yönleri ve dalgalanmalar arasındaki korelasyonların analizi sonucunda, yaban tipi dinamik davranış biçiminin Y98N mutant yapınınkine kıyasla Y98N-G123F mutant yapısınınkine benzer olduğu gösterilmiştir. Y98N-D179N çiftli mutant yapısında ise, Y98N mutantından sapmalar ve yaban tipine benzerlikler daha çok dalgalanmalar arasındaki korelasyonlarlarda belirgindir. Bu sonuçlar, hastalıkla alakalı proteine eklenen ikinci mutasyonlarla yaban tipi dinamiği ve işlevinin geri kazanıldığını göstermektedir. Genel olarak bu çalışma, pVHL sistemindeki moleküler etkileşimlerin ve evrimsel optimizasyonun yapısal dinamik temellerini açıklayarak VHL hastalığına yönelik ilaç tasarımı çalışmalarına yardımcı olacaktır.
ABSTRACT
STRUCTURAL DYNAMICS OF VON HIPPEL-LINDAU TUMOR SUPPRESSOR PROTEIN
The von Hippel-Lindau (VHL) cancer syndrome is associated with mutations on the von Hippel-Lindau tumor suppressor protein (pVHL), which activates the production of the hypoxia inducible factor (HIF) and the vascular endothelial growth factor (VEGF) leading to tumor growth. In this work, the mutant structures of the pVHL bound to Elongin C and HIF which were built in silico were relaxed by Molecular Dynamics (MD) simulations and the representative members of the MD trajectories generated by clustering were submitted to further computational structural dynamics analysis. The dynamics of wild-type, tumor-related Y98N mutant, and Y98N-G123F and Y98N-D179N double mutant complex structures were assessed comparatively utilizing the Anisotropic Network Model (ANM). The directions of fluctuations differ mainly around the important hinge regions in the minima of the most cooperative mode shapes, justifying that the dynamic nature of hinges should correlate with the functioning of proteins. The analyses of orientation of fluctuations and correlations between fluctuations in the functional modes of ANM indicate that the dynamic behavior of the Y98N-G123F double mutant is similar to that of the wild-type compared to the Y98N mutant which is known to be associated with the VHL disease. However, in the Y98N-D179N double mutant structure, deviation from Y98N mutant and accordance with wild-type is observed mostly in the correlations between fluctuations. These results indicate a regain of wild-type dynamics, and thus wild-type function, with the addition of the second mutations to the disease-related variant. Overall, this study would help in the drug design studies for the VHL disease by explaining molecular recognition and evolutionary optimization in the pVHL system from a structural dynamics perspective
