Υπολογιστικές μελέτες σε συζευγμένους με G-πρωτεΐνες υποδοχείς (GPCRS)
Authors: Θεοδωροπούλου Μαργαρίτα 
Published: September 2021

Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής μελετήθηκε εκτενώς, με υπολογιστικές μεθόδους, η πολύ ενδιαφέρουσα υπεροικογένεια των GPCRs, καθώς και οι G-πρωτεΐνες. Αναπτύχθηκαν δύο μέθοδοι:Η μέθοδος GPCRpipe (http://bioinformatics.biol.uoa.gr/GPCRpipe/) χαρακτηρίζει πρωτεΐνες ως πιθανούς GPCRs με μόνη πληροφορία την αλληλουχία, και στηρίζεται σε ειδικά μοτίβα που περιγράφονται από pHMMs της βάσης Pfam, καθώς και σε ένα HMM το οποίο έχει κατασκευαστεί ειδικά για τους GPCRs και επιτρέπει την πρόγνωση της ακριβούς τους τοπολογίας.Η μέθοδος GprotPRED (http://bioinformatics.biol.uoa.gr/GprotPRED/) σχεδιάστηκε για να εντοπίζει με ταχύτητα και αξιοπιστία G-πρωτεΐνες με μόνη πληροφορία την αλληλουχία τους. Ειδικότερα, με τα ειδικά κατασκευασμένα pHMMs που περιλαμβάνει, μπορεί να εντοπίσει Gα υπομονάδες και μάλιστα να τις ταξινομήσει στις τέσσερις βασικές οικογένειες που συναντώνται στα θηλαστικά (Gs, Gi/o, Gq/11,G12/13), ενώ, με τα δύο ειδικά κατασκευασμένα, από την εργασία μας, pHMMs για τη β και τη γ υπομονάδα, ο εντοπισμός G-πρωτεϊνών είναι ολοκληρωμένος.Ο τεράστιος όγκος δεδομένων που αφορούν τους συζευγμένους με G-πρωτεΐνες υποδοχείς οδήγησε στη δημιουργία δύο νέων βάσεων δεδομένων: Η Human-gpDB είναι διαθέσιμη στον ιστότοπο http://bioinformatics.biol.uoa.gr/human_gpdb/ και περιλαμβάνει πληροφορίες για ανθρώπινους GPCRs,G-πρωτεΐνες και εκτελεστές και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Η PLHG-DB(http://bioinformatics.bio.uoa.gr/plhg_db/) περιλαμβάνει τους πεπτιδικούς υποκαταστάτες των ανθρώπινων GPCRs. Συγκεκριμένα, πληροφορίες που αφορούν την ακολουθία του πεπτιδικού υποκαταστάτη, συχνά τη λειτουργία αυτού, το προπεπτίδιο από το οποίο προέρχεται, καθώς καιπληροφορίες για την αλληλεπίδραση με τον υποδοχέα, όλα συνοδευόμενα από αντίστοιχες βιβλιογραφικές αναφορές, παρέχονται στο χρήστη.Στη συνέχεια, μελετήθηκαν τόσο οι δομές όσο και οι αλληλουχίες των G-πρωτεϊνών, και αναγνωρίστηκαν στην επιφάνεια των Gα υπομονάδων μια σειρά από περιοχές και κατάλοιπα πουμπορούν σε πολλές περιπτώσεις να αλληλεπιδράσουν τόσο με GPCRs όσο και με εκτελεστές. Η σύγκριση της αλληλουχίας και της δομής αυτών των περιοχών ανάμεσα σε διαφορετικές Gα υπομονάδες υποδεικνύει πως η ετερογένειά τους μπορεί να επηρεάσει τις αλληλεπιδράσεις τους με εκτελεστές και ίσως με υποδοχείς. Τέλος, η αξιοσημείωτη ετερογένεια των ηλεκτροστατικών ιδιοτήτων, η συμπληρωματικότητά τους με τις ηλεκτροστατικές ιδιότητες των αντίστοιχων αλληλεπιδρώντων μορίων, αλλά και η ενεργειακή ανάλυση των συμπλόκων τους, προτείνουν πως το ηλεκτροστατικό δυναμικό είναι ίσως καθοριστικής σημασίας παράγοντας στις αλληλεπιδράσεις των G-πρωτεϊνών.Τέλος, μελετήθηκαν οι παρερμηνεύσιμοι SNPs των ανθρώπινων GPCRs υποδοχέων της Κατηγορίας Α και η συσχέτισή τους με ασθένειες. Συγκεντρώθηκαν 650 ανθρώπινοι, class A GPCRs, από τις βάσεις δεδομένων UniProtKB/SwissProt και RefSeq, και 21746 παρερμηνεύσιμοι SNPs που εντοπίστηκαν σε αυτούς μέσω των βάσεων dbSNP, UniProtKB/SwissProt, SNPdbe και ClinVar. Ύστερα από στατιστική μελέτη, εντοπίσαμε μία «προτίμηση» εμφάνισής τους σε συγκεκριμένες τοπολογικές περιοχές (ενδοκυττάριοι βρόχοι), ενώ σε κάποιες άλλες υπάρχει στατιστικά μειωμένη εμφάνιση αυτών (διαμεμβρανικά τμήματα). Για 39 από τους υποδοχείς βρέθηκαν 441 παρερμηνεύσιμοι SNPs οι οποίοι σχετίζονται με ασθένειες. Σε αυτό το σύνολο έγινε οπτικοποίηση των SNPs σε διαγράμματα δευτεροταγούς δομής και σε τρισδιάστατα μοντέλα και παρατηρήθηκε σε συγκεκριμένους υποδοχείς μια «συγκέντρωση» των πολυμορφισμών σε ορισμένες περιοχές στο χώρο.