Molecular dynamics simulations of a yeast Sup35 protein and its condensation mechanisms
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-08-20
Department
Major/Subject
Biotechnology
Mcode
CHEM3022
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
71+7
Series
Abstract
Intracellular phase separation, or condensation, of biomolecules such as proteins is a growing field of research due to applications in e.g. protein based materials and therapeutics. These biomolecules can form concentrated drops surrounded by a dilute phase both in vivo and in vitro. These concentrated drops, or biomolecular condensates, are often found to contain intrinsically disordered proteins, which are a highly conformationally flexible class of proteins. Weak, multivalent attractive interactions between sticker regions in these proteins are thought to facilitate the assembly and stability of the condensates. However, a general understanding of the mechanism of condensation is lacking. In this thesis, a model protein was used to study the mechanisms of condensation. Two disordered fragments of the Saccharomyces cerevisiae Sup35 protein were modelled by molecular dynamics simulations both as single proteins in water and as larger multiprotein condensate systems. Specifically, the simulated proteins consisted of the N-terminal domain of Sup35 both on its own and as a longer combined construct together with the middle domain of Sup35. Analysis of the structural properties of the simulated proteins revealed significantly compact structures and high concentrations of helices in the modelled conformations. The studied proteins formed networks interspersed by aqueous pores during the condensate system simulations. Furthermore, potential sticker interactions were identified within these networks based on similarities to other disordered proteins. Helix–helix contacts appeared to be common and additionally cation–anion, cation–pi, and pi–pi contacts were observed. In agreement with previous work claiming the significant role of the N-terminal domain of Sup35 in condensation, this domain seemed to form especially many contacts between residues compared to the middle domain.Solunsisäisten biomolekyylien kuten proteiinien faasiseparoituminen eli kondensoituminen on kasvava tutkimusala, jolla on käyttökohteita muun muassa lääketeollisuudessa sekä proteiinipohjaisten materiaalien kehittämisessä. Tämänkaltaisessa kondensoitumisessa biomolekyylit muodostavat konsentroituneita pisaroita, joita ympäröi laimeampi soluneste. Erityisesti rakenteellisesti epäjärjestäytyneiden proteiinien ollaan usein havaittu muodostavan näitä biomolekylaarisia kondensaatteja. Ajava voima näiden proteiinien faasiseparoitumiseen ajatellaan olevan summa useista heikoista attraktiivisista vuorovaikutuksista proteiineissa olevien "tarra-alueiden" välillä mutta tarkkaa mekanismia ei vielä tunneta. Tässä diplomityössä tutkittiin biomolekyylien kondensaatiomekanismeja käyttäen malliproteiinina hiivoissa esiintyvää Sup35-proteiinia. Työssä mallinnettiin molekyylidynamiikkasimulaatioiden avulla kahta erikokoista osaa Saccharomyces cerevisiae -lajin Sup35 proteiinista sekä yksittäisinä proteiineina vesiliuoksessa että useamman proteiinin kondensaattisysteemeissä. Mallinnetut osat koostuivat Sup35:n N-terminaalidomeenista itsekseen sekä pidempänä yhdistelmänä Sup35:n keskidomeenin kanssa. Rakenteellinen analyysi paljasti, että tutkituilla proteiineilla oli huomattavan tiiviit konformaatiot, jotka sisälsivät korkeita heliksikonsentraatioita. Kondensaattisysteemien simulaatioissa mallinnetut proteiinit muodostivat verkostoja, joiden keskellä oli nestepitoisia huokosia. Lisäksi tunnistettiin useita mahdollisia "tarra-alueita", jotka olivat samankaltaisia muiden epäjärjestäytyneissä proteiineissa esiintyvien vastaavien alueiden kanssa. Erityisesti heliksien välillä havaittiin useita kontakteja, minkä lisäksi mahdollisia kationi–anioni, kationi–pii ja pii–pii kontakteja aminohappojen välillä oli nähtävissä. N-terminaalidomeeni muodosti selkeästi enemmän proteiinien välisiä kontakteja kuin keskidomeeni, tukien aiempia tuloksia, joiden mukaan Sup35:n N-terminaalidomeeni aiheuttaa tämän proteiinin kondensoitumisen.Description
Supervisor
Linder, MarkusThesis advisor
Sammalkorpi, MariaKeywords
biomolecular condensates, phase separation, intrinsically disordered proteins, molecular dynamics