Supercomputer HPC: Applications

Większość białek musi ulec asocjacji do struktur dimerycznych lub oligomerycznych wyższego rzędu, aby stać się biologicznie aktywnymi. Badania eksperymentalne wskazują, że synonimiczne mutacje w matrycy mRNA białka mogą zaburzać jego zdolność do dimeryzacji. W tym przypadku stosujemy gruboziarniste symulacje syntezy białek, ich uwalniania z rybosomu, dynamiki potranslacyjnej aby zrozumieć, jak te mutacje wpływają na dimeryzację. Jako systemy modelowe używamy dwóch homodimerów rybonukleazy H z bakterii E. coli: oligorybonukleazy i rybonukleazy T. Każde z tych dwóch białek syntetyzujemy w różnych wariantach: białkach dzikich (niezmutowanych) oraz mutantach powodujących najszybszą i najwolniejszą translację, a następnie określimy średnią energię interakcji między setkami par monomerów losowo wybranych z każdego zestawu. Na zdolność dimeryzacji oligorybonukleazy wpływają synonimiczne mutacje, które zmieniają szybkość translacji oraz zwiększają odpowiednio o 4 i 10% siłę wiązania dla najszybciej i najwolniej tłumaczonego mutanta mRNA, w stosunku do typu dzikiego. W przeciwieństwie do oligorybonukleazy dimeryzacja rybonukleazy T jest niewrażliwa na synonimiczne mutacje.
Aby zrozumieć strukturalne pochodzenie tych różnic, przeanalizowaliśmy następnie konformacje obu białek, aby zidentyfikować niekowalencyjne stany splątania lassa, które niedawno zidentyfikowano jako powodujące nieprawidłowe zwijanie w wielu białkach. Stwierdziliśmy, że translacja oligorybonukleazy z szybko- lub wolno tłumaczących się profili synonimicznych prowadzi do zmniejszonego występowania splątania innego niż natywny, podczas gdy rybonukleaza T pozostaje w dużej mierze niezmieniona. Używając dokładnego testu Fishera, pokazujemy, że zwiększone splątanie jest związane ze spadkiem liczby silnie wiążących konformacji dimeru oligorybonukleazy. W połączeniu z niedawnymi badaniami opisującymi powiązanie splątania z szeroko rozpowszechnionym nieprawidłowym zwijaniem się w rozpuszczalne, ale niefunkcjonalne konformacje, nasze wyniki sugerują, że splątanie jest ogólnym mechanizmem nieprawidłowego fałdowania, który zaburza zarówno strukturę i funkcję zarówno monomeru, jak i oligomeru. Dodatkowo przedstawiamy strukturalne wyjaśnienie obserwowanej eksperymentalnie zależności dimeryzacji białek od synonimicznych mutacji mRNA.