Specificity and characteristics of fuzzy complexes -- Modelling of intrinsically disordered proteins

Abstract

Intrinsically disordered proteins are fully functional proteins without a three-dimensional structure. Intrinsically disordered proteins can, in the same way as ordered proteins, interact with other proteins to fulful their function. When intrinsically disordered proteins interact with other proteins they can form complexes, so-called fuzzy complexes, with different degrees of disorder still present. Fuzzy complexes are found in a number of different places, e.g. in transcription factors.
This thesis will try to answer the question, if and how specificity is affected by fuzziness, and how different characteristics affect fuzziness. This is done by a coarse-grained model with two protein chains, the target and the probe. The first step is a design process where the probe learns the target. The second step is a recognition step, where the probe is exposed to a number of different rival targets and will have to recognise the original target. The last step investigates the characteristics of the target. The design process is repeated for targets with different characteristics. The model uses ordered and fuzzy complexes that are modeled in two different cases, with only hydrophobic - polar (HP) amino acids and all with twenty amino acids (20x20), respectively.
It was found that fuzzy complexes can interact in a specific way, but they are less specific than ordered complexes. This means that fuzzy complexes can interact specifically with a number of different proteins. No clear trend was found between the characteristics of the target and the fuzziness of the probe.

Popular Abstract (Swedish)

Proteiner består av långa kedjor med aminosyror, som kan veckas till tredimensionella strukturer. Proteinerna interagerar med andra proteiner och utför olika funktioner i cellen, bland annat meddelande i och mellan celler, läsa av DNA och transport av syre i blodet, för att nämna några. Tidigare har forskare trott att alla proteiner har en fast och bestämd tredimensionell struktur, och att den strukturen är avgörande för funktionen av proteinet. Nu har forskare hittat fullt funktionella proteiner utan bestämt tredimensionell struktur. Dessa proteiner kallas oordnade och veckas i vissa fall när de binder till andra protein. När de oordnade proteinerna binder till andra proteiner bildar de så kallade luddiga komplex (fuzzy complex på engelska).

I det här arbetet har vi tagit fram en generell modell för att kunna simulera luddiga komplex och undersöka deras egenskaper. I modellen finns två proteiner, ett mallprotein och ett undersökningsprotein. Modellen består av tre steg, i första steget ska undersökningsproteinet försöka lära sig hur mallen ser ut. I steg två kommer undersökningsproteinet att utsättas för en rad olika rivaliserade protein, som är mer eller mindre lika mallen, för att undersöka om undersökningsproteinet kan känna igen mallen. Tredje steget består av att undersöka egenskaperna hos mallen och se hur det påverkar undersökningsproteinet. Modellen genomfördes med två olika typer av proteiner, ordnade och oordnade för att kunna jämföra dessa två grupper. Med modellen ska vi försöka ta reda på ifall det finns någon specificitet kvar i luddiga komplex och även hur olika egenskaper hos mallen påverkar graden av luddighet i komplexet.

Simuleringen visade att de oordnade proteinerna var sämre på att känna igen ursprungsmallen än de ordnade proteinerna. Det betyder att oordnade proteiner kommer att kunna binda in till en rad olika proteiner ungefär lika bra, och genom det utföra olika uppgifter. Att kunna använda ett protein till olika saker, beroende på tillfälle, är en styrka för cellen i och med att det tar energi att producera proteiner. När det undersöktes hur egenskaperna hos mallen påverkade undersökningsproteinet sågs inga tydliga trender, vilket gör det svårt att dra några slutsatser om hur egenskaperna hos mallen påverkar undersökningsproteinet.

Förhoppningarna med den här modellen är att öka kunskaperna om oordnade proteiner, hur de fungerar och vad som påverkar de oordnade egenskaperna. Det är viktigt att öka kunskapen om oordnade proteiner för att bland annat kunna få en djupare förståelse för hur cancer och olika sjukdomar kan uppstå i människor.

• author: Mothander, Karolina
• supervisor: Stefan Wallin
• organization: Computational Biology and Biological Physics - Undergoing reorganization
• course: FYTK02 20151
• year: 2015
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• keywords: specificity, Monte Carlo, Fuzzy complexes, Intrinsically disordered proteins
• language: English
• id: 7760058
• date added to LUP: 2015-08-15 20:47:51
• date last changed: 2017-10-06 16:22:34