Peptide folding and local unfolding of SOD1 in the presence of interacting macromolecular crowders - a Monte Carlo approach

Sammanfattning: Proteiner är några av livets beståndsdelar. Komplexa molekyler som förser våra kropparmed både struktur och funktion, bland annat i muskler. De är kedjor av aminosyror,som vartefter de skapas i kroppen ofta veckar sig till en specifik tredimensionell strukturför att kunna utföra den funktion de har optimerats för under evolutionens gång.Uppstår fel i denna process kan felaktiga strukturer, som ofta klumpar ihop sig elleraggregerar, bildas, vilka i förlängningen misstänks kunna ge upphov till sjukdomar,exempelvis ALS. Även spontana fluktuationer hos det specifika tillståndet tror mankan leda till sådana felveckade strukturer.Stabiliteten hos proteinerna är viktig, både för deras funktion men också som ett sättför att förhindra att de felaktiga strukturerna existerar i några större mängder. Dennastabilitet påverkas av olika faktorer, så som mutationer eller temperatur, och är ettområde som är intensivt studerat inom proteinvetenskapen. Ofta har man använt sigav utspädda lösningar i dessa studier men det motsvarar inte de verkliga förhållandenai kroppen, där proteinerna i cellerna trängs med andra makromolekyler. De studiersom gjorts där man försökt ta hänsyn till detta, har ofta använt enkla trängselskapandemolekyler eller partiklar vars främsta roll är att reducera den tillgängliga volymen.Nya experiment har dock visat att det kan finnas andra faktorer som spelar in närträngseln skapas av faktiska proteiner.I denna avhandling utvecklar och använder vi Monte Carlo-baserade metoder fördatorsimuleringar för att studera hur denna trängsel påverkar veckningsprocessen förtvå små proteiner, eller peptider, i närvaro av olika typer av trängselproteiner. Vifinner att effekten till stor del är specifik och sekvensberoende, och kan vara antingenstabiliserande eller destabiliserande på peptidstrukturen. Detta ska jämföras medeffekten av enkla, rent repulsiva partiklar som är stabiliserande.Samma simuleringsschema använder vi för att studera flexibiliteten hos en monomerav det veckade ALS-relaterade proteinet superoxiddismutas 1, SOD1. Uppveckningav dess struktur tros kunna ligga bakom de initiala stegen på vägen mot patologiskaggregering. Vi använder samma trängselproteiner som i peptidstudierna och jämförsedan resultaten med liknande simuleringar på monomeren utan trängselproteinen. Istort finner vi att kärnan av monomeren inte påverkas nämnvärt av trängselproteinerna.Dock kan vi se viss växelverkan mellan ostrukturerade delar av monomeren och vissainteraktionsbenägna områden på trängselproteinernas ytor. Samma områden spelaren viktigt roll i växelverkan med peptiderna.I våra simuleringar beror alltså effekterna av trängsel skapad av faktiska proteinertill större delen på specifik växelverkan, som kan vara antingen stabiliserande ellerdestabiliserande beroende på vilka proteiner som studeras. Förståelse av hur SOD1monomeren växelverkar med proteiner i sin omgivning kan i förlängningen bidra tillökad förståelse för mekanismen bakom dess patologiska aggregering.