Proteiners Dynamik og Konformationelle Ændringer

Proteiner har et bemærkelsesværdigt stort antal af funktioner i levende organismer, lige fra regulering og kontrol af diverse kemiske forbindelser på det cellulære niveau, til biokemiske omdannelser udført af enzymer, såvel som dannelse af strukturelle vævstyper såsom muskler, hår og cytoskelettet. Den biologiske funktion af et givent protein afhænger i høj grad af dets 3D struktur, og især de dynamiske egenskaber af denne. Nylige fremskridt inden for de biostrukturelle videnskaber såsom proteinkrystallografi og NMR teknikker har resulteret i mere end 45.000 kendte 3D strukturer af diverse proteiner, lagret i den såkaldte Protein Databank (The Protein Data Bank). Denne enorme mængde af information har banet vejen for studier af den dynamiske opførsel af proteiner hvor mere end én stabil struktur forefindes. Det er blevet mere og mere åbenlyst at mange proteiner fungerer ved at foretage konformationelle ændringer mellem stabile strukturer, og vi er dybt involveret i sådanne studier hvor vi gør brug af klassiske og avancerede MD simulerings- og analyse teknikker.

• Membrantransportere: I løbet af de seneste par år har vi arbejdet på at modellere vigtige egenskaber af udvalgte medlemmer af Neurotransmitter Transporter familien. Vi har især været involveret i modellering af bindingen af den endogene ligand, serotonin, og udvalgte antidepressiver til serotonin transporteren (hSERT), samt i modelleringen af adgangsvejen for leucin i leucin transporteren. Nye projekter relateret til membrantransportere involverer; i) brug af avancerede MD teknikker, som fx. steered MD, coarse-grained kraftfelter og accelereret MD, ii) brug af avancerede analytiske teknikker såsom principal component analysis (PCA) og normal-mode analysis (NMA) til identifikation af vigtige kollektive bevægelser, og iii) dannelse af formodede indadvendte konformationer ved kombination af diverse metoder. Proteinerne der er i fokus er LeuT, hSERT, hDAT, og aspartat transporteren Glt^Ph.
• Antimikrobielle Peptider: En anden gruppe af membran proteiner vi studerer er antimikrobielle peptider. Vi har med succes vist hvordan peptidet alamethicin af sig selv kan grupperes i et membran bilag ved brug af coarse-grained MD simuleringer. Nye studier fokuserer på andre lignende peptider.
• Østrogen Receptoren: Vi har udført omfattende MD simuleringer af østrogen receptoren (ER) for at lære mere om dynamikken af de store konformationelle ændringer der observeres under aktivering af apo-proteinet til en transskriptionel aktiv form. Fra disse studier har vi været i stand til at identificere stabile intermediære strukturer der muligvis er betydningsfulde for den observerede fejlfunktion af ER, fx. under tilstedeværelse af endokrint forstyrrende kemikalier. Aktuelle studier fokuserer på at beskrive en sandsynlig adgangsvej for liganden såvel som at beregne ændringer i den frie energi relateret til de forskellige konformationelle ændringer.
  
• Fibrillerende Peptider/Proteiner: Stort set alle proteiner er i stand til at folde sig i to markant forskellige typer af strukturer: den biologisk aktive form, og den fibrillerede form i hvilken proteinmolekylerne stakker ?-strenge for at forme lange tynde fibriller eller kompakte plakker. For de fleste proteiner foregår fibrillering under ekstreme forhold som ikke findes in vivo. Men en undergruppe af proteiner er i stand til at fibrillere under fysiologiske betingelser, og disse giver anledning til aflejringssygdomme såsom Alzheimers og Parkinsons. Vi udfører modelstudier af fibrilleringsprocessen, ved brug af MD teknikker, hvor der fokuseres på glukagon, transthyretin og små modelsystemer.
  
• Udvikling af Nye MD Metodologier: For at overkomme det nuværende tidsskalaproblem for klassiske MD teknikker der er i størrelsesordenen af nanosekunder, sammenholdt med laboratorieskalaen i størrelsesordenen af mikro- og millisekunder, gør vi brug af metoder under stadig udvikling til at øge hastigheden af simuleringerne. Vi udforsker anvendelsen af coarse-grain metoder, såvel som avancerede simuleringsprotokoller hvori MD integreringsrutinen er koblet sammen med "smarte" stepping protokoller hvormed bestemte konformationelle/strukturelle ændringer kan fremtvinges.