Fehérjék belső dinamikájának vizsgálata modern NMR-spektroszkópiai módszerekkel = Investigating internal protein dynamics by modern NMR methods

摘要

A kutatás során elsősorban a fehérjék belső dinamikájának NMR-spektroszkópiával történő vizsgálata terén értünk el új eredményeket. Mnkánk jelentős részét tette ki az ún. dinamikus szerkezeti sokaságok előállítása és elemzése, amelyek esetében az egyes konformerek közötti eltérések a fehérje adott időskálán jellemző belső dinamikáját tükrözik. Ehhez az ún. MUMO (Minimal Under-restraining Minimal Over-restraining) eljárást implementáltuk a szabadon hozzáférhető GROMACS molekuladinamikai programcsomagba. Ezen felül egy sokaság Monte Carlo-alapú eljárás fejlesztésén is dolgozunk, amely funkcionálisan rendezetlen fehérjék változatos szerkezeti sokaságainak létrehozására alkalmas. A dinamikus szerkezeti sokaságok elemzéséhez módszereket fejlesztettünk. Dinamikus sokaságok és egyéb NMR-alapú adatok felhasználásával kanonikus szerinproteáz-inhibitorok, valamint a komplementrendszerre jellemző fehérjemodulok estében fehérje:fehérje kölcsönhatásokat elemeztünk. Javaslatot tettünk egy általánosan használható izotópjelölési rendszerre, amely fehérje NMR voizsgálatokhoz kiválóan használható lehet, illetve részt vettünk a magányos töltött alfa-hélixek, egy újonnan azonosított és feltehetően dinamikus fehérjsezerkezeti elem azonosításában. Végül a fehéjeevolúció és -dinamika néhány aspektusát vizsgáltuk ill. vizsgáljuk ksérletes és elméleti módszerekkel. | In the project, we have achieved progress in diverse but related areas of protein dynamics and its investigation by NMR. A significant portion of our work has focused on the generation and analysis of dynamic structural ensembles, i.e. a set of conformers whose diversity reflects the internal dynamics of the target protein at a specific time scale. To this end, we have used our own implementation of the MUMO (Minimal Under-restraining Minimal Over-restraining) approach in the free molecular dynamics software GROMACS. In addition, a Monte-Carlo based approach for generating highly diverse intrinsically unstructured segments is under development. We have also provided computational tools for the analysis of such ensembles. Using dynamic structural ensembles as well as other NMR-derived information we have also investigated protein:protein interactions involving canonical serine protease inhibitors and proteins of the complement system. Besides proposing an universal selective isotope labeling system for protein NMR spectroscopy, we have participated in the identification and characterization of charged single ?-helices (CSAHs), a recently identified and possibly dynamic protein structural motif. In addition, several aspects of protein evolution in connection with protein internal dynamics were also investigated both experimentally and theoretically, some of these is still in progress.