İnsan kollajen dizi mutasyonlarının osteogenezis imperfekta hastalığı üzerindeki ilişkisinin python programlama dili kullanılarak analiz edilmesi
Analysis of the relationship of human collagen sequence mutations on osteogenesis imperfectal disease using python programming language
Yazar: GÜLSÜM TİRAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ESMA ERYILMAZ DOĞAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Hücre dışı matris, hücre-hücre etkileşimlerine aracılık eden önemli bir bileşen olarak ortaya çıkmakta olup, hücre desteği için bir iskele görevi görmektedir. Hücre dışı matrisin temel bileşeni kollajendir.  Kollajenler, insanlarda 28 üyeden oluşan geniş bir aileye ait karmaşık protein yapılarıdır. Genellikle alfa zincirleri olarak bilinen üç farklı polipeptit zinciri ile üçlü bir sarmal yapı oluştururlar. Ayrıca, bu üçlü sarmalın kendine özgü bir "Gly-Xaa-Yaa" dizisine sahip olduğu bulunmuştur. Her dizide ki glisin (Gly) varlığı, en küçük amino asit olma özelliği nedeniyle sarmal yapının stabilitesini açıklar.  Xaa ve Yaa herhangi bir amino asit olabilir ancak çoğunlukla prolindir. Bu nedenle, kollajenin glisin ve prolin bakımından zengin bir protein olduğu bilinmektedir. Kollajen, bir dizi patolojik durumda rol oynamaktadır. Üçlü sarmal alanlardaki bir aminoasit diğer aminoasitlerle yer değiştirdiğinde kollajen yapısı tahrip olur. Kollajen yapısındaki bozulma çeşitli kalıtsal hastalıklara ve işlev bozukluklarına sebep olmaktadır.
Bu çalışmada, insan vücudunda en fazla bulunan tip I kollajenin alfa-1 zincirinde meydana gelen mutasyonlar incelenmiştir. Daha önce yapılan çalışmalardan yola çıkarak tip-I kollajen alfa-1 zincirlerindeki mutasyonlardan kaynaklı hastalıklardan biri olan kırılgan kemik hastalığı(OI) tip 2 üzerinde durulmuştur. Bodian ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada farklı kişilerden elde edilen mutasyonlar UniprotKB veri tabanından elde edilmiştir. Mutasyona uğramış aminoasitler değiştirilerek yeni alfa-1 zincirleri elde edilmiştir. PyCharm programında Python programlama diliyle yazılan kodlar ile hesaplamalar yapılmıştır. Elde edilen mutasyonlar bir alfa-I zincirinde birleştirilmiş ve en çok mutasyona uğrayan amino asitin glisin(Gly) olduğu görülmüştür. Glisin amino asiti kollajen alfa-I zincirinin sarmal yapısının stabilitesini etkilediğinden kollajen kaynaklı hastalıklara etkisi olduğu düşünülebilir. İncelenen mutasyonlarda en sık tekrar eden mutasyonlar (glisin(G)>arjinin(R), glisin(G)>serin(S), glisin(G)>aspartat(D)) tespit edilmiştir. Mutasyona uğrayan amino asitlerin değişen molekül ağırlıkları, izoelektrik değerleri, hidropati indeksleri ve fiziksel özellikleri incelenmiştir. Karşılaştırma sonucunda ise molekül kütlesinde artış, izoelektrik noktasında değişim, hidropati indeksinde küçülme, yük durumunda ve asidik-bazik özelliklerinde değişim gözlenmektedir. Değişen bu özelliklerin kırılgan kemik hastalığına etkisi yorumlanmıştır.

Abstract:
The extracellular matrix is emerging as an important component mediating cell-cell interactions, along with its role as a scaffold for cell support. The main component of the extracellular matrix is collagen. Collagens are complex protein structures belonging to a large family consisting of 28 members in humans. They form a triple helical structure with three distinct polypeptide chains, commonly known as alpha chains. Also, this triple helix is found to possess a characteristic fragment of 'Gly-Xaa-Yaa'. The presence of glycine (Gly) in every sequence accounts for the stability of the helical structure owing to its property of being the smallest amino acid. Xaa and Yaa can be any amino acid but are mostly proline. Thus, collagen is known to be a glycine and proline rich protein. Collagen has been implicated in a number of pathological conditions. When an amino acid in triple helix areas is replaced with other amino acids, the collagen structure is destroyed. The deterioration in the collagen structure causes various hereditary diseases and dysfunctions.
In this study, the mutations that occur in the alpha-1 chain of type I collagen, which is the most common in the human body, were examined. Based on previous studies, brittle bone disease (OI) type 2, which is one of the diseases caused by mutations in type-I collagen alpha-1 chains, has been focused on. In the study of Bodian et al., Mutations obtained from different individuals were obtained from the UniprotKB database. New alpha-1 chains have been obtained by changing the mutated amino acids. In the PyCharm program, calculations were made with the codes written in the Python programming language. The mutations obtained were combined in an alpha-I chain and it was seen that the most mutated amino acid was glycine (Gly). Since glycine amino acid affects the stability of the helix structure of the collagen alpha-I chain, it can be considered to have an effect on collagen-induced diseases. The most frequently recurring mutations (glycine (G)> arginine (R), glycine (G)> serine (S), glycine (G)>aspartate (D)) were detected in the mutations examined. The varying molecular weights, isoelectric values, hydropathy indexes and physical properties of the mutated amino acids were examined. As a result of comparison, increase in molecular mass, change in isoelectric point, decrease in hydropathy index, change in charge state and acid-base properties are observed. The effect of these changed features on brittle bone disease has been interpreted.