Υπολογιστικές μελέτες αλληλεπιδράσεων πρωτεϊνών - πρωτεϊνών σε διαμεμβρανικές πρωτεΐνες
Authors: Μπαλτούμας Φώτιος 
Published: August 2021

Οι βιολογικές μεμβράνες αποτελούν απαραίτητα συστατικά όλων των κυττάρων. Είναι συνεχείς διπλοστιβάδες αποτελούμενες από διάφορα είδη λιπιδίων, στην επιφάνεια και στο εσωτερικό των οποίων ενσωματώνονται μεμβρανικές πρωτεΐνες. Οι τελευταίες διακρίνονται, ανάλογα με την τοπολογία τους σε σχέση με τη μεμβράνη, σε διαμεμβρανικές, περιφερειακές και αγκυροβολημένες πρωτεΐνες. Οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες υπολογίζεται ότι συνιστούν το 25-30% των γνωστών πρωτεωμάτων και ρυθμίζουν μεγάλο εύρος λειτουργιών στο κύτταρο, από τη μεταγωγή σήματος και τη μεταφορά ουσιών ως τη μηχανική στήριξη του κυττάρου, τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης, τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και τον κυτταρικό θάνατο. Έτσι, έχουν εμπλακεί σε μεγάλο αριθμό ασθενειών και αποτελούν κρίσιμους στόχους για το σχεδιασμό φαρμάκων. Σημαντικό κομμάτι της λειτουργίας των διαμεμβρανικών πρωτεϊνών αποτελεί η ικανότητά τους να σχηματίζουν αλληλεπιδράσεις με άλλες πρωτεΐνες. Ο σχηματισμός υπερμοριακών συμπλόκων στο επίπεδο της μεμβράνης, τόσο ανάμεσα σε δύο ή περισσότερες διαμεμβρανικές πρωτεΐνες όσο και ανάμεσα σε διαμεμβρανικές και μη διαμεμβρανικές πρωτεΐνες, διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη λειτουργία τους. Επιπρόσθετα, πολλά υπερμοριακά συμπλέγματα διαμεμβρανικών πρωτεϊνών έχουν συσχετιστεί με μεγάλη ποικιλία ασθενειών. Παρά τη σημασία τους, ωστόσο, η πειραματική μελέτη των αλληλεπιδράσεων πρωτεϊνών-πρωτεϊνών στις διαμεμβρανικές πρωτεΐνες είναι δύσκολη. Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη των αλληλεπιδράσεων πρωτεϊνών-πρωτεϊνών σε διαμεμβρανικές πρωτεΐνες με τη χρήση υπολογιστικών μεθόδων. Στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής πραγματοποιήθηκε μελέτη αυτών των αλληλεπιδράσεων τόσο σε επίπεδο δομής, μέσα από μεθόδους Μοριακής Προτυποποίησης, προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής και υπολογισμούς Ελεύθερης Ενέργειας, όσο και σε επίπεδο συστήματος, με την εφαρμογή μεθόδων από το πεδίο της Θεωρίας Δικτύων. Παράλληλα με τη μελέτη των ίδιων των αλληλεπιδράσεων πρωτεϊνών-πρωτεϊνών, διερευνήθηκαν και τα χαρακτηριστικά του μεμβρανικού περιβάλλοντος, με στόχο την αποσαφήνιση του μηχανισμού με τον οποίο η λιπιδική διπλοστιβάδα επηρεάζει τη δομή και τις αλληλεπιδράσεις των διαμεμβρανικών πρωτεϊνών. Τέλος, στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής αναπτύχθηκαν μια σειρά από υπολογιστικά εργαλεία για την πρόγνωση και τη μελέτη της δομής, της λειτουργίας και των αλληλεπιδράσεων των βιολογικών μεμβρανών και των διαμεμβρανικών πρωτεϊνών. Οι παραπάνω μελέτες πραγματοποιήθηκαν τόσο για πρωτεΐνες της κυτταρικής μεμβράνης των ευκαρυωτικών κυττάρων, όπως οι Συζευγμένοι με G-πρωτεΐνες υποδοχείς (GPCRs) και οι υποδοχείς με ενεργότητα τυροσινικής κινάσης (RTKs) όσο και για πρωτεΐνες που εντοπίζονται σε άλλα υποκυτταρικά διαμερίσματα, όπως οι Εξωτερικές Μέμβράνες των αρνητικών κατά Gram βακτηρίων και τα διαμεμβρανικά β-βαρέλια, καθώς και η διπλή μεμβράνη του πυρηνικού φάκελου και οι πρωτεΐνες της. Τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής μπορούν να φανούν χρήσιμα στην περαιτέρω μελέτη των πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων στις διαμεμβρανικές πρωτεΐνες, τόσο με πειραματικές όσο και με υπολογιστικές μεθόδους.