Akrep venom peptidlerinin kristalizasyonu, yapısal karakterizasyonu vebenzeşim modellemesi
Crystallization, structural characterization and homology modeling of scorpion venom peptides
Yazar: DAMLA KOÇAK
Danışman: PROF. DR. SÜHEYLA ÖZBEY ; DOÇ. DR. FİGEN ÇALIŞKAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Akrep venomlarının yapılarının aydınlatılması amacıyla yapılan bu tez çalışmasında, aynı familyadan iki farklı akrep cinsinden saflaştırılan peptidler incelenmiştir. Buthidae familyasına ait bu akreplerden birisi Androctonus crassicauda, diğeri ise Buthacus macrocentrus türü akreptir. 
Akreplerden alınan venomlar Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Venom Araştırma Laboratuvarı'nda yüksek performanslı sıvı kromatografi sistemi kullanılarak saflaştırılmıştır.
Tez kapsamında incelenen peptidlerden biri olan Acra3, A. crassicauda cinsi akrepten saflaştırılmıştır. Peptidin molekül ve kristal yapısının X-ışınları kristalografisi ile aydınlatılabilmesi için ilk koşul X-ışınları kırınımı verebilecek tek kristallerin üretilmesidir. Bu amaçla, öncelikle, kristalizasyon deneyleri yapılmış ve tek kristal yapı oluşana kadar farklı koşullar altında deneyler tekrarlanmıştır. Fakat istenilen kristal form elde edilemediği için atomik düzeyde üç boyutlu yapı çözümü gerçekleştirilememiştir. 
Çalışmanın ikinci bölümünde, çözelti içindeki Acra3 moleküllerinin düşük çözünürlüklü (nanometre boyutunda) yapısal karakterizasyonları için küçük açı X-ışınları saçılması (SAXS) yöntemi kullanılmıştır. Hamburg'da, EMBL P12 BioSAXS demet hattında yapılan deneyde ölçülen SAXS şiddet verileri, farklı programlar üzerinden analiz edilmiştir. Peptid moleküllerinin çözeltideki dağılımına bağlı olarak, kümelenmiş birkaç molekülün jirasyon yarıçapı ve düşük çözünürlüklü moleküler yapısı bulunmuştur. Kristalizasyon ve SAXS deneyleri sadece Acra3 peptidi için uygulanmış, tez kapsamında incelenen B. macrocentrus cinsi akrepten saflaştırılan Bu1 peptidi için, Acra3 ile birlikte sadece biyoinformatik modelleme yapılmıştır.
Tez çalışmasının son aşamasında biyoinformatik modelleme ile iki peptidinde iki ve üç boyutlu yapılarının bulunması amaçlanmıştır. Acra3 ve Bu1 peptidinin üç boyutlu tahmini yapılarının belirlenmesi için öncelikle NCBI, EBI ve Swiss Model gibi farklı sunucular üzerinden uygun şablon yapılar bulunmuştur. UniProtKB ve ClustalW2 sunucuları kullanılarak, farklı peptidlerle aralarındaki benzerlikleri görmek için çoklu dizi eşlemesi yapılmış ve iki peptid için de yapılan benzeşim modellemesiyle, peptidlerin üç boyutlu tahmini yapıları elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Akrep venomu, nörotoksik peptid, Androctonus crassicauda, Buthacus macrocentrus, protein kristalizasyonu, SAXS, çoklu dizi eşleme, benzeşim modellemesi.

Abstract:
In this study, which was conducted to gather information about the structures of scorpion venoms, two peptides purified from two different types of scorpions of the same family were investigated. Of these scorpions from the Buthidae family, one belongs to the species Androctonus crassicauda while the other belongs to Buthacus macrocentrus. Venoms taken from the scorpions were purified by using high performance liquid chromatography system in Venom Search Laboratory at Eskişehir Osmangazi University.
Acra3, one of the peptides analyzed within the study, was purified from Androctonus crassicauda. The prerequisite for solving the molecule and crystal structure of the peptide by X-ray crystallography is a well-ordered crystal that will diffract x-ray strongly. For this reason, crystallization experiments were performed with the goal of obtaining single crystals. Experiments were repeated under different conditions until a single crystal structure was formed. However, determination of the three dimensional structure could not be achieved since the crystal was not formed.
Asthe second part of the study, small angle X-ray scattering (SAXS) method was used for the characterization of low-resolution structure (nanometer size) of Acra3 molecules in solution. SAXS intensity data measured from the experiment which was performed on EMBL P12 BioSAXS beamline in Hamburg were analyzed via different programs. Due to the aggregation in solution, gyration radius and molecular shape of a few aggregated molecules were determined.
For Acra3 peptide, bioinformatics modeling along with crystallization and SAXS experiments were also carried out. On the other hand, for Bu1 peptide only bioinformatics modeling was performed.As the final part of the thesis, it was aimed to estimate thesecondary and tertiary structures of both peptides by using bioinformatics approaches. Firstly, convenient template structures were found via different servers such as NCBI, EBI and Swiss model. To see the similarities between our peptides with others, multiple sequence alignment was performed by employing UniProtKB and ClustalW2 servers. Secondly, secondary structures of the peptides were determined by homology modeling performed for each of them.

Key Words: Scorpion venom, neurotoxic peptide, Androctonus crassicauda, Buthacus macrocentrus, protein crystallization, SAXS, multiple sequence alignment, homology modeling.