Interaction preferences in protein - DNA complexes

Abstract

Interakční preference v komplexes protein - DNA Dávid Jakubec Abstrakt Interakce proteinů s DNA jsou základem mnoha esenciálních biologických pochodů. Navzdory dosavadním snahám se zatím nepodařilo kompletně objasnit pravidla řídící rozpoznávání specifických úseků nukleových kyselin proteiny. V této práci se pokouším prozkoumat proces rozpoznávání DNA rozdělením složité sítě kontaktů na rozhraní protein - DNA do příspěvků jednotlivých párů aminokyselina - nukleotid. Tyto páry byly získány z exis- tujících struktur protein - DNA komplexů ve vysokém rozlišení a zpracovány bioinformatickými metodami a nástroji výpočetné chemie. Nově jsem zavedl kritéria specificity sprahující pozorované geometrické preference s relativní energetickou bilancí párů. Aplikací těchto kritérií jsem rozšířil knihovnu párů aminokyselina - nukleotid které se mohou podílet na přímém rozpoznávání sekvence. S cílem prozkoumat fyzikální základy pozorované specificity jsem vypočítal mapy elektrostatických potenciálů pro jednotlivé nukleotidy a vy- brané komplexy. 1

Interaction preferences in protein - DNA complexes Dávid Jakubec Abstract Interactions of proteins with DNA lie at the basis of many fundamental bio- logical processes. Despite ongoing efforts, the rules governing the recognition of specific nucleic acid sequences have still not been universally elucidated. In this work, I attempt to explore the recognition process by splitting the intricate network of contacts at the protein - DNA interface into contribu- tions of individual amino acid - nucleotide pairs. These pairs are extracted from existing high-resolution structures of protein - DNA complexes and in- vestigated by bioinformatics and computational-chemistry based methods. Criteria of specificity based on the coupling of observed geometrical prefer- ences and the respective interaction energies are introduced. The application of these criteria is used to expand the library of amino acid - nucleotide pairs potentially significant for direct sequence recognition. Electrostatic poten- tial maps are calculated for individual nucleotides as well as for selected complexes to investigate the physical basis of the observed specificity. 1