Molekulárně-dynamické simulace komplexů sestávajících z nukleových kyselin a proteinů

Abstract

The goal of this diploma thesis was to study interactions of Argonaute (Ago) protein in a complex with nucleic acids. Based on the available crystal structures of full length Argonaute (from A. aeolicus, Aa-Ago) and/or its domains (human PAZ domain, Hs-PAZ), twelve different simulations were computed. Two initial simulations used model of Aa-Ago with either a duplex of DNA/RNA or RNA/RNA. Major difference was in behavior of the PAZ domain (especially its arginine residues), which tolerated the guide DNA in one simulation, but was disturbing the RNA guide strand in the second. Such an interaction could serve as a mechanism of the substrate recognition. In additional simulations (3-9) employing the Hs-PAZ domain, where no disturbance was found in the DNA/RNA hetero-duplex. Different arrangements of the active site geometry as well as empirical parameterizations of Mg2+ ion were probed and analyzed. The DD-catalytic motif plus D683 in Aa-Ago (equivalent to H807 in human Argonaute2) was observed to coordinate the Mg2+ ion in one and two metal ion dependent catalysis models. Highly conserved R570 and E578 created mutual hydrogen bonds and hence stabilized the active site. To make the cleavage irreversible, a role for the first (unpaired) nucleotide from 5'-end of the guide strand was suggested. It lies in a...

Cílem této diplomové práce bylo studium interakcí proteinu Argonautu (Ago) s komplexy nukleových kyselin. Na základě krystalových struktur Argonautu (A. aeolicus, Aa-Ago) a popř. jeho domén (lidská PAZ doména, Hs-PAZ) bylo vyprodukováno dvanáct různých simulací. Prvé dvě využily modelu Aa-Ago s různými substráty: buď s DNA/RNA nebo RNA/RNA duplexem. Hlavní rozdíl byl pozorován při interakci PAZ domény (resp. jejích argininových reziduí), která tolerovala guide DNA, nikoli však guide RNA vlákno. To naznačuje možnou funkci PAZ domény při rozpoznávání duplexů RNA/RNA od hybridních duplexů DNA/RNA. V dalších simulacích (3-9) byla využita Hs-PAZ doména. Žádné konflikty s guide DNA vláknem nebyly pozorovány. Byla vyzkoušena různá uspořádání aktivního místa, počet iontů a jejich parametrizace. DD-katalytický motiv s D683 (ekviv. lidskému H807 z Ago2) koordinoval (jeden, popř. dva) ionty Mg2+. Vysoce konzervovaná rezidua R570 a E578 stabilizovala aktivní místo vzájemnou vodíkovou vazbou. Z hlediska nevratnosti procesu přeštípnutí mRNA může hrát důležitou úlohu první (nepárový) nukleotid z 5'-konce guide DNA. Tato úloha by spočívala v tvorbě vodíkového můstku s přeštípnutým vláknem mRNA vedoucí k jeho destabilizaci. Simulace (10-12) s homologními modely lidských Ago2 se ukázaly jako málo stabilní a věrohodné...