Vrednotenje prehodnih stanj proteinov

Kljub nedavnemu napredku biofizikalnih in računskih pristopov za preiskavo biomolekularnih sistemov je karakterizacija dinamičnega ravnovesja proteinskih stanj še vedno zahteven izziv. Problem je izmuzljiva narava dinamičnih procesov, ki uravnavajo to ravnovesje. Predvsem je težko na atomski ravni določiti nizko zasedena, prehodna stanja, ker so »nevidna« za biofizikalne metode, ki zaznavajo proteinska stanja z najnižjo energijo ali največjo zasedenostjo. Vse več je dokazov o pomenu prehodnih, nizko zasedenih, termično dostopnih proteinskih stanj za biološko delovanje proteinov. Glavni cilj predlaganega projekta je razvoj kombiniranega eksperimentalno teoretičnega pristopa za fizikalno-kemijsko karakterizacijo prehodnih proteinskih stanj blizu fiziološkim razmeram v vodnih okoljih na atomski ravni. Karakterizacija bo omogočila, njihovo povezavo z določenim dinamičnim dogodkom, ki je pomemben za njihovo funkcijo. Za premagovanje težav povprečevanja in asignacije signalov bomo uporabili kombinacijo NMR in vibracijske spektroskopije, ki delujeta na različnih časovnih skalah. Ti spektroskopiji lahko skupaj zagotovita dostop do prehodnih molekularnih stanj, ki so v dinamični izmenjavi na časovni lestvici od pikosekund do milisekund. Za razumevanje korelacije med posameznimi vrstami gibanja in njihovim učinkom na dinamično ravnovesje stanj, bomo uporabili atomistične simulacije molekularne dinamike. Razvili bomo algoritme za numerično analizo korelacije med eksperimentalnimi in računskimi rezultati, da bi razumeli vpliv posameznih prispevkov sklopljenih gibanj na porazdelitev proteinskih stanj. Proučevali bomo proteine iz različnih družin, ki zajemajo širok spekter dinamičnih dogodkov, ki lahko povzročijo prehode med termično dostopnimi stanji proteinov. Funkcionalne vloge izbranih proteinov v bioloških procesih ni mogoče celovito razumeti, ne da bi preučili dinamično ravnovesje med njihovimi možnimi stanji brez in/ali z njihovimi vezavnimi partnerji. Pričakovani rezultati lahko zagotovijo trenutno nepredvidljiv vpogled v delovanje teh proteinov v zdravem in bolezenskem stanju. Razviti pristop bo široko uporaben za opredelitev prehodnih proteinskih stanj na atomski ravni v vodnih okoljih. Rezultati predlaganih študij lahko znatno prispevajo k razumevanju delovanja proteinov v zdravem in bolezenskem stanju ter bodo zelo zanimivi za veliko specifičnih raziskovalnih področij, kot so molekularno prepoznavanje, molekularna signalizacija, encimska kataliza, reakcije zvitja in vezave proteinov ter tarčno načrtovanje in odkrivanje zdravilnih učinkovin.