Υπολογιστική διερεύνηση του μηχανισμού της εκφρασης του γονιδίου SOX9, κατά το πρώτο στάδιο της μεταγραφής του μέσω του μεταγραφικού παράγοντα SRY

Αγγελική-Γεωργία, Νάσου; Angeliki-Georgia, Nasou

dc.contributor.author	Αγγελική-Γεωργία, Νάσου	el
dc.contributor.author	Angeliki-Georgia, Nasou	en
dc.date.accessioned	2021-03-31T07:46:23Z
dc.date.available	2021-03-31T07:46:23Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53221
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20919
dc.rights	Default License
dc.subject	Μοριακή δυναμική	el
dc.subject	Γονιδιακή εκφραση	el
dc.subject	Μεταγραφικοί παράγοντες	el
dc.subject	SRY	en
dc.subject	SOX9	en
dc.subject	Molecular dynamics	en
dc.subject	Gene expression	en
dc.subject	Trasncription factors	en
dc.subject	SRY	en
dc.subject	SOX9	en
dc.title	Υπολογιστική διερεύνηση του μηχανισμού της εκφρασης του γονιδίου SOX9, κατά το πρώτο στάδιο της μεταγραφής του μέσω του μεταγραφικού παράγοντα SRY	el
dc.title	Computational investigation of the mechanism of expression of the SOX9 gene during its first transcription stage, via the transcription factor SRY	en
dc.contributor.department	Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής	el
heal.classification	Μεταγραφική Ρύθμιση	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-04
heal.abstract	Στον κυτταρικό πυρήνα, οι διεργασίες που εμπλέκονται στη μεταγραφή των γονιδίων κατά το πρώτο στάδιο της γονιδιακής έκφρασης, περιλαμβάνουν το σχηματισμό μοριακών συμπλεγμάτων, τα οποία απαρτίζονται από πρωτεϊνικά μόρια γνωστά ως μεταγραφικοί ρυθμιστές. Η απορρύθμιση των ανωτέρω διεργασιών μεταγραφικής ρύθμισης έχει σχετιστεί με πλήθος νευροεκφυλιστικών ασθενειών, γενετικών διαταραχών, καθώς και την υπερέκφραση ογκογονιδίων. Ο μηχανισμός που διέπει τα φαινόμενα αυτά δεν έχει ακόμη αποσαφηνιστεί, ωστόσο, η κατανόησή του δύναται να προσφέρει νέα προοπτική στην αντιμετώπιση σοβαρότατων ασθενειών, ανοίγοντας το δρόμο σε νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις και τεχνικές της μοριακής ιατρικής. Ο μεταγραφικός παράγοντας SRY διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη του άρρενος φύλου κατά την εμβρυική περίοδο της κύησης. Η λειτουργική δράση του γονιδίου SOX9, τη μεταγραφή του οποίου ενεργοποιεί η πρόσδεση του SRY, αποτελεί κύριο μοριακό διακόπτη στον φυλοκαθορισμό των θηλαστικών, ενώ η ανεπαρκής ή ετεροχρονισμένη μεταγραφή του δύναται να προκαλέσει φυλοσύνδετες διαταραχές. Σκοπό της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας αποτελεί η διερεύνηση του μηχανισμού της έκφρασης του γονιδίου SOX9, κατά το πρώτο στάδιο της μεταγραφής του, μέσω της πρόσδεσης σε αυτό του μεταγραφικού παράγοντα SRY. Πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής βασισμένες στη στατιστική μηχανική και θερμοδυναμική, σε δύο συστήματα: (i) το γονίδιο SOX9 συνδεδεμένο με τον μεταγραφικό παράγοντα SRY, και (ii) το γονίδιο SOX9 ελεύθερο, εμβαπτισμένα σε ιοντικά υδατικά διαλύματα. Η επεξεργασία των παραγόμενων τροχιών (αλληλουχία μικροκαταστάσεων) για τα δύο συστήματα έδειξε ότι κατά την πρόσδεση του SRY αποβάλλονται μόρια νερού από το κέλυφος ενυδάτωσης του γονιδίου (DNA) και o SRY προσεγγίζει το DNA μέσω των πλευρικών αλυσίδων των αμινοξέων που κείνται κυρίως στην πρώτη και τη δεύτερη α-έλικά του. Η πρόσδεση του SRY προκαλεί διεύρυνση της μικρής αύλακας του DNA, με ταυτόχρονη ελάττωση του εύρους της μεγάλης αύλακας, που έχει σαν αποτέλεσμα την κάμψη του DNA προς την πλευρά της μεγάλης αύλακας. Επίσης στην περιοχή της αλυσίδας του DNA όπου πραγματοποιείται η πρόσδεση παρατηρείται αύξηση της απόστασης μεταξύ των γειτονικών βάσεων του DNA, με ταυτόχρονη παρεμβολή του αμινοξέος ισολευκίνης, το οποίο κείται στην πρώτη α-έλικα του SRY. Τα αποτελέσματα αυτά βρίσκονται σε συμφωνία με in vitro πειραματικές μελέτες από τη βιβλιογραφία. Επιπροσθέτως, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η παρεμβολή της ισολευκίνης γίνεται μεταξύ δύο διαδοχικών βάσεων αδενίνης και χαρακτηρίζεται ως μερική, καθώς μόνο τα άτομα της πλευρικής αλυσίδας της ισολευκίνης εντοπίστηκαν να εισχωρούν στο εσωτερικό της διπλής έλικας. Η αποσαφήνιση του ανωτέρω μηχανισμού πρόσδεσης παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς σε αντίθεση με την πλειονότητα των πρωτεϊνών οι οποίες προσδένονται στη μεγάλη αύλακα του DNA, ο μεταγραφικός παράγοντας SRY εκκινεί τη μεταγραφή του γονιδίου SOX9 μέσω της πρόσδεσής του στη μικρή αύλακα του DNA.	el
heal.abstract	Transcription factors (TF) are proteins that play a prominent role in transcriptional regulation of gene expression and cellular differentiation. Their action has been linked to the formation of multi-molecular assemblies. Misregulation of transcriptional processes has been related to neurodegenerative diseases, genetic disorders and the expression of oncogenes. The molecular mechanism underlying the above phenomena remains unknown, and its understanding may offer new therapeutic routes to the treatment of severe diseases via molecular medicine. The objective of this thesis is the study of the mechanism of binding of the transcription factor SRY to the gene SOX9, by means of Molecular Dynamics (MD) full-atom simulations. For this, we study (i) the TF, SRY, bound to the SOX9 gene, and (ii) the gene SOX9 free; both systems were modeled in an ionic aqueous solution environment. The geometrical features and water shell of the bound and unbound gene (DNA) were studied, as well as the distances between the atoms of SRY and SOX9. The MD trajectory post-processing analysis shows that, during the SRY – SOX9 binding, water molecules are discarded from the DNA water shell and SRY approaches SOX9 mostly through the sidechains of the amino acids belonging to the first and second a-helix. Furthermore, the MD simulations revealed that the minor groove of the DNA is widened and the major groove is compressed as a result of the SRY – SOX9 binding; also, the DNA is bent in the direction of the major groove showing an increase in the rise per base pair at the binding site, as a result of isoleucine intercalation in the DNA double helix. These results are in agreement with the results of in vitro studies found elsewhere. In addition, the MD shows that the isoleucine intercalation occurs between two adjacent adenine bases and is characterized as partial intercalation, since only the sidechain atoms of isoleucine were found to enter in the interior of the double helix. The elucidation of the above binding mechanism is of particular interest, since, in contrast to majority of proteins binding to the major groove, the SRY initiates the transcription of the SOX9 gene via minor groove binding to DNA.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Γεώργιος Κ.	el
heal.advisorName	Papadopoulos, George K.	en
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Γεώργιος Κ.	el
heal.committeeMemberName	Papadopoulos, George K.	en
heal.committeeMemberName	Καβουσανάκης, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Kavousanakis, Mihalis	en
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Vlysides, Apostolos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	116 p.	en
heal.fullTextAvailability	false