Logowanie do System sprawozdań KDM

Stworzenie modelu kompletnej cząsteczki kinazy białkowej PRKC z Bacillus subtilis w kompleksie z ATP oraz stworzenie modelu kompleksu wewnątrzkomórkowego fragmentu katalitycznego kinazy PrkC (PrkCc) z B. subtilis z substratem jej aktywności fosforylacyjnej: CpgA

Kierownik projektu: Rajmund Kaźmierkiewicz

Międzyuczelniany Wydział Biotechnologii UG i GUMed

Gdańsk

Streszczenie projektu

1. Znaczenie projektu oraz stan wiedzy w dziedzinie badań

Kinazy tworzą jedną z największych rodzin enzymatycznych w organizmach eukariotycznych. Enzymy te regulują wiele procesów biochemicznych, takich jak wzrost czy różnicowanie komórek poprzez odwracalne przeniesienie grupy gamma-fosforanowej z ATP na grupę hydroksylową reszty seryny lub treoniny (kinazy serynowo-treoninowe) lub tyrozyny (kinazy tyrozynowe) białek (Hanks and Hunter 1995), w tym innych enzymów. Proces ten jest odwracalny w wyniku działania fosforylaz, enzymów hydrolizujących wiązanie estrowe pomiędzy grupą hydroksylową, a resztą fosforanową. Częstym podłożem chorób jest właśnie dysfunkcja jednego z elementów pary kinaza-fosforylaza. Poznanie funkcjonowania kinaz a więc budowy, mechanizmu przekazywania sygnału poprzez błonę komórkową, substratów komórkowych jak również molekularnego mechanizmu regulacji ich aktywności jest istotne ze względu na możliwość poznania patomechanizmu chorób oraz umożliwienie projektowania selektywnie skierowanej terapii.

B. subtilis jest kosmopolityczną bakterią, bytującą zwykle w glebie, nie będącą czynnikiem etiologicznym procesów patologicznych u immunokompetętnych ludzi. Bakteria ta, podobnie jak wiele bakterii patogennych, posiada zdolność wytwarzania biofilmu i endospor czyniących ją odporną na niekorzystne warunki środowiska, w tym na antybiotyki. Dotychczasowe badania nad B. subtilis wykazały m.in., że procesy tworzenia biofilmu oraz kiełkowania endospor regulowane są poprzez kinazę serynowo-treoninową PrkC oraz antagonizującą jej działanie fosforylazę PrpC (Madec et al. 2002).

Na podstawie dotychczasowych badań wysunięto przypuszczenia, że zarówno struktura jak i działanie kinazy PrkC są zbliżone do innych kinaz serynowo-treoninowych pełniących jednocześnie funkcję receptora zewnątrzkomórkowego, np. do eukariotycznego receptora dla TGF beta (Madec et al. 2002). Regulacja aktywności kinazy PrkC odbywa się na wielu etapach, jednym z nich jest przyłączenie liganda do części zewnątrzkomórkowej oraz utworzenie homodimeru, w którym to procesie bierze udział część zewnątrzkomórkowa kinazy. W poprzednich badaniach zbudowany został model katalitycznej, wewnątrzkomórkowej części kinazy PrkC w kompleksie z ATP (Gruszczyński et al. 2008).

Efektem realizacji projektu będzie stworzenie modelu kompletnej cząsteczki kinazy PrkC oraz modelu jej fragmentu katalitycznego w kompleksie z CpgA. Pozwoli to na lepsze zrozumienie mechanizmu transdukcji sygnału przez kinazę PrkC.



2. Podejście badawcze - metodyka badań

Planowane badania zostaną przeprowadzone z zastosowaniem metod homologii strukturalnej (Šali and Blundell 1993) (Krieger et al. 2009), modelowania molekularnego oraz symulacji dynamiki molekularnej. Modelowanie homologiczne wykonamy wykorzystując program MODELLER (Šali and Blundell 1993). Jako wzorce do modelowania homologicznego kompletnej cząsteczki kinazy PrkC wykorzystamy model części katalitycznej (Gruszczyński et al. 2008) oraz istniejące struktury krystalograficzne części zewnątrzkomórkowej homologów kinazy PrkC: krystalograficzną strukturę fragmentu zewnątrzkomórkowego kinazy PrkC ze S. aureus (kod PDB: 3PY9) oraz struktury krystalograficzne fragmentu zewnątrzkomórkowego kinazy PknB z M. tuberculosis (kody PDB: 2KUI, 2KUD, 2KUE, 2KUF). Poprawność otrzymanych modeli zostanie zweryfikowana poprzez porównanie z dostępnymi danymi eksperymentalnymi za pomocą programów PROCHECK (Laskowski et al. 1993) i MolProbity (Chen et al. 2010). Najkorzystniejsze energetycznie modele zostaną zoptymalizowane w polu sił Amber w środowisku wodnym w obecności jonów Mg2+ i Cl- za pomocą obliczeń równoległych w pakiecie Amber 11 (Case et al. 2005) w Centrum Informatycznym TASK na klastrze Galera. W kolejnym etapie zostanie przeprowadzona symulacja dynamiki molekularnej za pomocą zrównoleglonej wersji programu SANDER pakietu Amber 11 również w Centrum Informatycznym TASK na klastrze Galera (kompletna cząsteczka kinazy PrkC składa się z 648 reszt aminokwasowych, co w przypadku modelu zanurzonego w wodzie przekłada się na około 100000 atomów i przez to stanowi wyzwanie obliczeniowe).

Kompleks fragmentu katalitycznego PrkCc z substratem zostanie utworzony na podstawie dostępnych danych: modelu struktury PrkCc (Gruszczyński et al. 2008) oraz struktury krystalograficznej GTPazy CpgA (kod PDB: 1T9H). Otrzymane modele zostaną poddane procedurze weryfikacji i optymalizacji jak opisana powyżej dla modelu kompletnej cząsteczki kinazy PrkC.

Publikacje

  1. M. Augustyniak, Prediction of enzyme-protein substrate configurations: a case of PrkC-CpgA complexes from B. subtilis, 6th Symposium of the Polish Bioinformatics Society -, (2013) -

Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej
ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk   |   tel. 58-347-24-11
email: office@task.gda.pl   |   NIP: 584-020-35-93