Docking Studies in HLA Molecules

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Biyomühendislik Bölümü, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2015

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: Gülin ÖZCAN

Danışman: Pemra Özbek Sarıca

Özet:

HLA MOLEKÜLLERİNDE DOCKING ÇALIŞMALARI Ankylosing Spondylitis (AS), İnsan Lökosit Antijenleri (Human Leukocyte Antigens “HLA”) B*27 aleli ile ilişkili olan aksiyel iskeleti etkileyen bir otoimmün hastalıktır. B*27 alellerinden HLA-B*27:05 ankilozan spondilite neden olan alelken, HLA-B*27:09 hastalığa neden olmamaktadır. Bu iki alel bağlanma kovuğunda yer alan 116. pozisyondaki aminoasit farklılığıyla birbirlerinden ayrılır. HLA-B*27:05 alelinin 116. pozisyonunda histidin (HIS) yer almaktadır. Iki alelde aynı peptid grubuna bağlanabildiği halde T hücreleriyle farklı etkileşime girmektedir. Bu farklı etkileşime neden olan davranışın açıklanabilmesi açısından yapısal ve immünolojik olarak inceleme yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada moleküler yanaştırma “docking” ve moleküler dinamik simülasyonlarından yararlanılarak iki alelin bağlanma davranışlarının farklılığı üzerine çalışılmıştır. Ilk olarak yanaştırma (docking) metodunun belirlenmesi için mevcut yapıya yanaştırma(re-dock) çalışması Autodock programı kullanılarak yapılmıştır. Ardından belirlenen metot, orijinal peptid temel alınıp her bir pozisyonuna nokta mutasyon yapılarak 20 aminoasidi içerecek şekilde hazırlanan bir peptid kütüphanesine uygulanmıştır. Peptidler, Autodock 4.0 ve Haddock kullanılarak HLA-B*27:05 ve HLA-B*27:09 bağlanma bölgelerine bağlanılmaya çalışılmıştır. Serbest bağlanma enerjisi (Free Binding Energy “FBE”) hesapsal yanaştırma “docking” programı kullanılarak elde edilmiştir. Her pozisyon için en yüksek değerdeki tercih edilen aminoasit ayrıca detaylı olarak incelenmiştir. İlave olarak, kullanılan yanaştırma programlarının performansı karşılaştırılmıştır. Paralel moleküler dinamik simülasyonları ‘dock’ edilmiş yapılarda daha detaylı analizler için her iki alelin orijinal ve sonradan bağlanmış yapılarına 50 ns uygulanmıştır. Bir molekül için (1OGT_B) 20 ns’lik moleküler dinamik simülasyonları koşturulmuştur. MD simülasyon analizleri sonradan bağlanan peptidlerinin, bağlanma kovuğunda stabil olduğunu göstermektedir. DOCKING STUDIES IN HLA MOLECULES Ankylosing Spondylitis (AS), which is an autoimmune disease affecting the axial skeleton, is associated with B*27 allele of Human Leukocyte Antigen (HLA). The single amino acid replacement (ASP116HIS), having a key role in pathogenesis pathway, distinguishes HLA-B*27:05 and HLA-B*27:09 alleles as associated and non-associated with AS, respectively. Although sharing the same peptide repertoire, both alleles interact with T cells differently. Hence, understanding the differences in binding behavior is of considerable interest both from structural and immunological points of view. In this study, molecular docking and molecular dynamics simulations were carried on aiming to comprehend the differences in the binding behavior of both alleles. A virtual combinatorial peptide library was built by single amino acid substitution aiming to address the effect of 20 naturally occurring amino acids at the binding core peptide positions. Peptides were docked into the HLA-B*27:05 and HLA-B*27:09 binding sites using Autodock 4.0 and Haddock. Free binding energies (FBEs) obtained from computational docking experiments were compared within the peptide library and between the alleles. The amino acid preferences of each position were studied enlightening the role of each on binding. Additionally, performances of the docking tools were compared. Further detailed analyses on the docked structures were carried on by parallel molecular dynamics simulations that were employed on the original and re-docked structures of both alleles for 50ns. For only 1OGT_B, 20ns simulations were employed. The preferred amino acids for each position of pVIPR are harmonious with experimental studies. MD simulation analyses shows that re-docked peptides are stable in the binding groove.