Πρόγνωση δομής και οργάνωσης μεμβρανικών πρωτεϊνών
Authors: Λιτού Ζωή 
Published: August 2021

Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες επιτελούν μια σειρά από πολύ σημαντικές λειτουργίες, απαραίτητες για την ζωή του κυττάρου, δρώντας ως υποδοχείς, δίαυλοι, αντλίες, ένζυμα και μεταγωγείς ενέργειας καθώς και επιτρέποντας την επικοινωνία μεταξύ κυττάρων και τη συγκόλληση τους. Ταξινομούνται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: τις ενσωματωμένες και τις περιφερειακές μεμβρανικές πρωτεΐνες. Οι ενσωματωμένες χωρίζονται σε δύο άλλες υποκατηγορίες: τις διαμεμβρανικές στις οποίες ανήκουν οι α-ελικοειδείς πρωτεΐνες και τα β-βαρέλια, και τις ομοιοπολικά συνδεδεμένες με τη μεμβράνη. Η μεγάλη πλειοψηφία των διαμεμβρανικών πρωτεϊνών, είναι οι α-ελικοειδείς πρωτεΐνες των οποίων τα διαμεμβρανικά τμήματα είναι α-έλικες, οι οποίες αποτελούνται, ως επί το πλείστον, από υδρόφοβα αμινοξικά κατάλοιπα που διαπερνούν το υδρόφοβο περιβάλλον της λιπιδικής διπλοστιβάδας της μεμβράνης μία (Τύπου I και II) ή περισσότερες φορές (multispanning). Η μεγάλη σπουδαιότητα των μεμβρανικών πρωτεϊνών, αλλά και οι εγγενείς δυσκολίες που παρουσιάζονται στην προσπάθεια κρυστάλλωσης τους, καθιστούν απαραίτητη τη δημιουργία υπολογιστικών αλγορίθμων, οι οποίοι θα προβλέπουν αξιόπιστα και γρήγορα την δευτεροταγή τους δομή αλλά και τα πιθανά λειτουργικά τους χαρακτηριστικά. Για τη μελέτη των μεμβρανικών πρωτεϊνών για τις οποίες δεν υπάρχει λυμένη δομή, μπορεί κανείς να καταφύγει σε υπολογιστικές μεθόδους και συγκεκριμένα σε αλγορίθμους πρόγνωσης διαμεμβρανικών περιοχών, τύπου μεμβρανικών πρωτεϊνών, σε αλγόριθμους πρόγνωσης της υποκυτταρικής τους θέσεως κ.α., με τη βοήθεια μόνο της αμινοξικής τους ακολουθίας. Ειδικότερα, για τις αελικοειδέις διαμεμβρανικές πρωτεΐνες, παρότι γίνονται πάνω από δύο δεκαετίες, αξιόλογες προσπάθειες για τη δημιουργία αλγορίθμων πρόγνωσης των διαμεμβρανικών τους τμημάτων αλλά και τον διαχωρισμό τους a priori από άλλους τύπους πρωτεϊνών (υδατοδιαλυτές, ινώδεις κλπ), μπορούν να γίνουν βελτιώσεις στα ποσοστά πρόγνωσης καθώς και να ακολουθηθούν διαφορετικές προσεγγίσεις του προβλήματος. Στα πλαίσια της διατριβής αυτής αναπτύχθηκαν πρωτότυποι αλγόριθμοι και λογισμικό για την προσπάθεια επίλυσης των ερευνητικών προβλημάτων που αναφέρθηκαν παραπάνω χρησιμοποιώντας την αμινοξική ακολουθία (αλληλουχία) των μεμβρανικών πρωτεϊνών και μόνο. Επιπλέον, ακολουθώντας την τάση η οποία επικρατεί στο χώρο της Βιοπληροφορικής, το λογισμικό αναπτύχθηκε με αρχιτεκτονική που επιτρέπει την εκτέλεσή του μέσω του διαδικτύου (URL: http://bioinformatics.biol.uoa.gr). Συνεπώς, η ευρύτερη ερευνητική κοινότητα αποκτά πρόσβαση στο λογισμικό και τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τη χρήση του. Συγκεκριμένα, στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύχθηκαν: (α) ένας αλγόριθμος για την πρόγνωση δομής α-ελικοειδών διαμεμβρανικών πρωτεϊνών, (β) ένας αλγόριθμος για το διαχωρισμό των πρωτεϊνών που διαπερνούν μόνο μια φορά τη μεμβράνη (πρωτεΐνες Τύπου I και II), και, (γ) ένας αλγόριθμος για την πρόγνωση και την κατηγοριοποίηση σε οικογένειες, μιας πολύ σημαντικής ομάδας μεμβρανικών υποδοχέων που είναι συζευγμένοι με G-πρωτεΐνες (G-Protein Coupled Receptors-GPCRs). Αναπτύχθηκαν επίσης, (δ) ένας αλγόριθμος πρόγνωσης της υποκυτταρικής θέσεως πρωτεϊνών με βάση την αλληλουχία τους και μόνο, και, (ε) ένας αλγόριθμος για την πρόγνωση πρωτεϊνών που βρίσκονται προσκολλημένες στο κυτταρικό τοίχωμα θετικών κατα Gram βακτηρίων. […]