Delaunay teselasyonu sonucunda elde edilen tetrahedronların küresellik değerleri ile protein yüzeylerinin ve protein komplekslerinin arayüzlerinin karakterizasyonu
Characterization of the surfaces of proteins and the interfaces of protein complexes with the sphericity values of tetrahedra obtained by Delaunay tesselation
Yazar: MEHMET GEZGİNCİ
Danışman: DOÇ. DR. ELİFE ZERRİN BAĞCI
Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Biyofizik = Biophysics ; Biyoloji = Biology

Özet:
Tüm yaşam süreçlerinde kritik rol oynayan proteinlerin nasıl kompleks yapı oluşturdukları henüz tam olarak açıklanamamıştır. Bu çalışmada tekil proteinler ve protein komplekslerinin yapılarından elde edilmiş olan tetrahedronlar ve bu tetrahedronlara ait hacim değerleri ve küresellik değerleri incelenerek protein komplekslerinin yüzey ve arayüzlerinin karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmada kullanılan proteinler ComSin veri tabanından seçilmiş ve her bir proteinin Protein Data Bankasındaki (PDB) elde edilmiş atom koordinatlarından yararlanılarak Delaunay teselasyonu ile tetrahedronlar belirlenmiştir. Bu tetrahedronlar kullanılarak tetrahedronların hacim ve küresellik değerleri hesaplanmıştır. Çalışma sonucunda protein yüzeyini oluşturan tetrahedronların, toplam tetrahedronların ~%10'unu oluşturduğu görülmüştür. Yüzey tetrahedronlarının ~%95'nin oluşturduğu homo-dimer protein arayüzlerine ait tetrahedronlarının hacmi, yüzeydekilerin hacimlerine göre büyük bulunmuşken küresellik değerleri küçük bulunmuştur. Yüzey tetrahedronları belirlenirken az sayıda tetrahedronun protein yüzeyinde iki üçgene sahip oldukları fark edilmiş ve bunlara "keskin tetrahedronlar" denilmiştir. Keskin tetrahedronların protein arayüzüne geçme oranlarının daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Retroviral proteaz ailesine ait proteinlerde tespit edilen keskin tetrahedronlara ait olan rezidülerin arasında deneysel olarak önemli oldukları belirlenen rezidülerin de olduğu gösterilmiştir. Bu sonuç keskin tetrahedronların proteinlerin kompleks yapılarında önemli bölgeleri temsil ettiklerine işaret etmektedir. Protein komplekslerindeki protein yüzeyinin ve arayüzünün belirlenmesi, kanser ve Alzheimer hastalığı gibi yaşamı tehdit eden durumlar için yeni tedavilerin ve yeni ilaçların geliştirilmesine olanak sağlayacaktır.

Abstract:
It has not been fully explained how proteins, which play a critical role in all life processes, form complex structures. In this study, it is aimed to characterize the surfaces and interfaces of protein complexes by examining the tetrahedra obtained from the structures of individual proteins and protein complexes, and the volume and sphericity values of these tetrahedra. The proteins used in this study were selected from the ComSin database and tetrahedra were determined by Delaunay tessellation of  the atomic coordinates of each protein obtained from the Protein Data Bank (PDB). Using these tetrahedra, the volume and sphericity values of the tetrahedra were calculated. As a result of the study, it was found that the tetrahedra forming the protein surface constitute ~10% of the total tetrahedra. While the volume of the tetrahedra belonging to the homo-dimer protein interfaces formed by ~95% of the surface tetrahedra was found to be large compared to the volumes of the surface tetrahedra, the sphericity values were found to be small. When the surface tetrahedra was examined, it was noticed that a few tetrahedra had two triangles on the protein surface and these were called "sharp tetrahedra" in this study. It was observed that sharp tetrahedra had a higher rate of transition to the protein interface. It has been shown that residues belonging to sharp tetrahedra detected in proteins belonging to the Retroviral Protease family consisted the residues studied experimentally and determined to be important. This result indicates that sharp tetrahedra represent important regions in the complex structures of proteins. Determining the protein surface and interface in protein complexes will enable the development of new treatments and new drugs for life-threatening conditions such as cancer and Alzheimer's disease.