Ανάλυση κοιλοτήτων πρόσδεσης της ογκοπρωτεΐνης KRAS-4B με μοριακές δυναμικές προσομοιώσεις

Κουστένη, Μαρία-Ελευθερία; Kousteni, Maria-Eleftheria

dc.contributor.author	Κουστένη, Μαρία-Ελευθερία	el
dc.contributor.author	Kousteni, Maria-Eleftheria	en
dc.date.accessioned	2022-01-19T10:13:35Z
dc.date.available	2022-01-19T10:13:35Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54371
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22069
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μοριακές δυναμικές προσομοιώσεις	el
dc.subject	Ογκοπρωτεΐνη KRAS-4B	el
dc.subject	Διμερισμός	el
dc.subject	Κοιλότητες πρόσδεσης	el
dc.subject	Χρονική μεταβολή	el
dc.subject	Molecular dynamics simulations	en
dc.subject	Oncoprotein KRAS-4B	en
dc.subject	Dimerization	en
dc.subject	Binding pockets	en
dc.subject	Temporal variation	en
dc.title	Ανάλυση κοιλοτήτων πρόσδεσης της ογκοπρωτεΐνης KRAS-4B με μοριακές δυναμικές προσομοιώσεις	el
dc.title	Binding pocket analysis of the oncoprotein KRAS-4B using Molecular Dynamics simulations	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μοριακές Δυναμικές προσομοιώσεις - σχεδιασμός φαρμάκων με Η/Υ	el
heal.classification	Molecular Dynamics simulations - computer-aided drug design	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-10-05
heal.abstract	Οι πρωτεΐνες RAS είναι υδρολάσες της ένωσης GTP, οι οποίες ενεργοποιούν μονοπάτια σηματοδότησης, απαραίτητα για τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό. Συγκεκριμένα, ο διμερισμός της KRAS παρουσία της πρωτεΐνης Raf στην κυτταρική μεμβράνη ενεργοποιεί μονοπάτια σηματοδότησης που σχετίζονται με την κυτταρική ανάπτυξη και τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, όπως το μονοπάτι Ras-Raf-MEK-Erk. Οι μεταλλάξεις στις πρωτεΐνες RAS που παρεμποδίζουν την υδρόλυση του GTP έχουν ως αποτέλεσμα τη σταθεροποίηση της ενεργής τους μορφής, η οποία είναι συνδεδεμένη με την ένωση GTP, και ως εκ τούτου την υπερ-ενεργοποίηση της σηματοδότησης που μπορεί να οδηγήσει σε ογκογένεση. Η πρωτεΐνη KRAS-4B αποτελεί το πιο συχνά μεταλλαγμένο ισόμορφο της οικογένειας πρωτεϊνών RAS, συνιστώντας το 86% όλων των RAS μεταλλάξεων. Οι μεταλλάξεις στη γλυκίνη 12 της KRAS-4Β είναι οι πιο συχνές και η μετάλλαξη της γλυκίνης 12 σε ασπαρτικό οξύ (G12D) είναι η πιο συχνά εμφανιζόμενη και για το λόγο αυτό επιλέχθηκε προς μελέτη στην παρούσα εργασία. Η φαρμακευτική στόχευση της μεταλλαγμένης KRAS-4B μέσω ανταγωνισμού της πρόσδεσης των ενδογενών προσδεμάτων GTP, GDP στις ορθοστερικές κοιλότητες του διμερούς δεν είναι εφικτή, καθώς τα υποστρώματα αυτά εμφανίζουν υψηλή χημική συγγένεια με την KRAS-4B. Για το λόγο αυτό, η έρευνα κατευθύνεται στην αναζήτηση αλλοστερικών κοιλοτήτων στην επιφάνεια της KRAS-4B. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η εύρεση αλλοστερικών κοιλοτήτων στη διεπιφάνεια του διμερούς KRAS-4B, στις οποίες θα προσδεθούν μικρά μόρια με στόχο τη παρεμπόδιση του σχηματισμού του και ως εκ τούτου της ογκογένεσης. Η ανάλυση αυτή δεν υπάρχει μέχρι τώρα στη βιβλιογραφία και μπορεί να αποκαλύψει νέες προοπτικές για τη στόχευση του διμερούς KRAS-4B. Ο εντοπισμός των κοιλοτήτων πρόσδεσης πραγματοποιείται σε κυρίαρχες δομές του διμερούς KRAS-4B, οι οποίες προκύπτουν από ομαδοποίηση πρωτεϊνικών δομών που προέρχονται από προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής σε συστήματα φυσικού τύπου και μεταλλαγμένης (G12D) KRAS-4B, σε μοντέλο κυτταρικής μεμβράνης. Οι κοιλότητες που προκύπτουν εξετάζονται ως προς τη χρονική τους μεταβολή, προκειμένου να διευκρινιστεί αν διατηρούνται σταθερές κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης. Από την ανάλυση, προκύπτει αρχικά ότι οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιήθηκαν εντοπίζουν τις ίδιες κοιλότητες πρόσδεσης στις δομές διμερών KRAS-4B, κάποιες από τις οποίες έχουν προηγουμένως προσδιοριστεί βιβλιογραφικά. Μέσω σύγκρισης των αποτελεσμάτων στα δύο συστήματα φυσικού τύπου και μεταλλαγμένης (G12D) KRAS-4B, μια σταθερή κοιλότητα πρόσδεσης με κατάλληλη μέση τιμή όγκου εντοπίστηκε σε όλες τις δομές των διμερών. Ωστόσο, η εκλεκτική στόχευση της κοιλότητας στο μεταλλαγμένο (G12D) διμερές KRAS-4B, χρειάζεται να διερευνηθεί περαιτέρω. Στην κατεύθυνση αυτή, η περαιτέρω έρευνα των αμινοξέων και του δικτύου μορίων νερού των κοιλοτήτων πρόσδεσης, καθώς και η μελέτη ασταθών διαμορφώσεων του διμερούς KRAS-4B μπορούν να αποκαλύψουν νέες προοπτικές.	el
heal.abstract	RAS proteins are small hydrolases of GTP, which mediate signaling pathways necessary for cell proliferation. In particular, KRAS dimerization in the cell membrane in the presence of Raf protein activates signaling pathways associated with cell growth and cell proliferation, such as the Ras-Raf-MEK-Erk pathway. Mutations in RAS proteins, whose effect is GTP hydrolysis inhibition, result in stabilization of RAS active form, which is bound to their endogenous ligand GTP, and hence cause overactivation of signaling which may lead to oncogenesis. KRAS-4B protein is the most frequently mutated isoform of the RAS family of proteins, accounting for 86% of all RAS mutations. Mutations in glycine 12 of KRAS-4B are the most common and mutation of glycine 12 to aspartic acid (G12D) is the most common, which is why it is studied in this thesis. Pharmacological targeting of the mutant KRAS-4B through competition for the binding of the endogenous ligands GTP, GDP to the orthosteric cavities of the dimer is not possible, as they show high chemical affinity for KRAS-4B. For this reason, drug design efforts are directed to the search for allosteric binding pockets on the surface of KRAS-4B. The aim of the present work is to discover allosteric binding pockets located on the dimerization interface of KRAS-4B dimer, in which small inhibitors can bind in order to disrupt dimerization, thus blocking oncogenesis. So far, this analysis cannot be found in the literature and may reveal new perspectives for the targeting of KRAS-4B dimer. Identification of the binding pockets is performed in dominant structures of KRAS-4B dimer, emerged from clustering of dimer structures derived from Molecular Dynamics simulations in wild-type and mutant (G12D) KRAS-4B systems, in a cell membrane model. Resulting binding pockets are examined in terms of their temporal variation, in order to determine whether their volume is maintained throughout simulation time. By comparing the algorithms used, it is concluded that they both identify the same binding pockets in KRAS-4B dimer structures and detect binding pockets that have been previously reported in the literature. Also, through comparison of the pockets identified in wild-type and mutant (G12D) systems, a stable binding pocket with appropriate average value of volume is discovered in all dominant dimer structures. However, the possibility of selectively targeting the mutant (G12D) dimer has to be further investigated. In this regard, further research into the amino acids and the water molecules network of the binding pockets, as well as the study of unstable configurations of KRAS-4B dimer may reveal new persperctives.	en
heal.advisorName	Topakas, Evangelos	en
heal.advisorName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Καβουσανάκης, Μιχάλης	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Kavousanakis, Michail	en
heal.committeeMemberName	Pavlatou, Evangelia	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	115 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false