Μεταλλάξεις της πρωτεΐνης Notch3 στην ασθένεια CADASIL: 3D μοριακή μοντελοποίηση και εξελικτικές αναλύσεις

Abstract

Η νόσος CADASIL ανήκει στην ομάδα των σπάνιων ασθενειών. Είναι καλά τεκμηριωμένο ότι η πρωτεΐνη Notch3 είναι κυρίως υπεύθυνη για την ανάπτυξη της CADASIL. Εδώ, θα προσπαθήσουμε να ρίξουμε φως στον πραγματικό μοριακό μηχανισμό στον οποίο υποκείπτει η ασθένεια CADASIL μέσω των γνώσεων που έχουμε από την προκαταρκτική in silico και άλλες πρωτεομικές μελέτες για την πρωτεΐνη Notch3. Σήμερα, είναι γνωστή μια σειρά σημειακών μεταλλάξεων στην πρωτεΐνη Notch3 που προωθούν την CADASIL. Σε αυτή την κατεύθυνση θα διερευνήσουμε τη φύση, την έκταση, τη φυσικοχημική και δομική σημασία των μεταλλαγμένων ειδών, σε μια προσπάθεια να προσδιοριστεί ο υποκείμενος μηχανισμός και ρόλος της Notch3 και οι επιπτώσεις του στην μεταγωγή του σήματος μεταξύ των κυττάρων και στην ανάπτυξη καρκινικών κυττάρων. Συνολικά, η in silico μελέτη μας αποκάλυψε έναν μάλλον πολύπλοκο μοριακό μηχανισμό της Notch3 σε δομικό επίπεδο, καθώς ανάλογα με τη φύση και τη θέση της κάθε μετάλλαξης, παρατηρήθηκε σημαντική απώλεια της δομής των β-φύλλων σε όλα τα in silico πρότυπα των μεταλλαγμένων/άγριου τύπου βιολογικών συστημάτων. Η παρούσα διπλωματική εργασία αρχίζει με μια εισαγωγή γενικά για τις πρωτεΐνες, την κυτταρική σηματοδότηση και τον ρόλο της βιοπληροφορικής στις in silico μελέτες. Ακολουθεί μια θεωρητική ανασκόπηση της νόσου CADASIL, της πρωτεΐνης Notch3 που ενοχοποιείται για την εμφάνιση της νόσου και του μοριακού μηχανισμού της. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη, καθώς και τα αποτελέσματα της κάθε μεθόδου συνοδευόμενα από σχόλια. Τέλος, αναφέρονται συνοπτικά τα συμπεράσματα που προέκυψαν στην παρούσα μελέτη και πιθανές μελλοντικές επεκτάσεις της.

CADASIL disease belongs to the group of rare diseases. It is well established that Notch3 protein is primarily responsible for the development of the CADASIL. Herein, we attempt to shed light to the actual molecular mechanism underlying CADASIL via insights that we have from preliminary in silico and proteomics studies on the Notch3 protein. At the moment, we are aware of a series of Notch3 point mutations that promote the CADASIL. In this direction we investigate the nature, extent, physicochemical and structural significance of the mutant species in an effort to identify the underlying mechanism of Notch3 role and implications in cell signal transduction and cancer development. Overall our in silico study has revealed a rather complex molecular mechanism of Notch3 on the structural level, as depending of the nature and position of each mutation, a consensus significant loss of beta-sheet structure is observed throughout all in silico modeled mutant/wild type biological systems. The current thesis begins with a general introduction to proteins, cell signaling and bioinformatics’ role in silico studies. It is followed by a theoretical review of CADASIL disease, Notch3 protein which is implicated in the disease and the molecular mechanism. Then, the methods used for the study are presented, as well as the results of each method accompanied by comments. Finally, there is a summarized reference to the conclusions drawn in this study and possible future extensions.