Badania strukturalne wybranych, potencjalnie neurotoksycznych oligomerów ludzkiej cystatyny C (HCC)
Loading...
Date
2015-10-28
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Structural studies of selected, potentially neurotoxic human cystatin C (HCC) oligomers
Abstract
W ramach niniejszej pracy doktorskiej postawiłam sobie za cel uzyskanie modeli struktur potencjalnie neurotoksycznych oligomerów ludzkiej cystatyny C (HCC). Aby osiągnąć ten cel przeprowadziłam charakterystykę strukturalną stabilizowanych kowalencyjnie form oligomerycznych HCC przy użyciu czterech wybranych metod badawczych: SAXS z wykorzystaniem promieniowania synchrotronowego (DESY, Hamburg), TEM, AFM oraz dynamiki molekularnej. Analiza wyników otrzymanych za pomocą wyżej wymienionych metod ujawniła, że wyższe formy oligomeryczne HCC (dekamery, dodekamery) przyjmują kształt płaskiego pierścienia (donatu) z pustą przestrzenią w centralnej części struktury. Grubość pierścienia wynosząca około 2 nm koresponduje z wysokością jednej podjednostki HCC. Zbudowane modele struktury dekameru i dodekameru HCC wykazywały w trakcie dynamiki molekularnej dużą stabilność, która przejawiała się dobrym stopniem zachowania struktury drugorzędowej testowanych modeli, obecnością trwałych wiązań wodorowych tworzących się pomiędzy podjednostkami cystatyny w oligomerach oraz osiągnięciem plateau na wykresie zmian energii potencjalnej w trakcie symulacji dynamiki molekularnej. Z kolei analiza danych SAXS dla mniejszych form oligomerycznych stabilizowanego kowalencyjnie HCC (dimeru, trimeru) pozwoliła wykazać, że dimer HCC przyjmuje w roztworze formę zgiętą, odpowiadającą strukturze krystalograficznej dimeru w fazie regularnej (PDB: 1G96), natomiast niskorozdzielczy model 3D trimeru HCC ujawnił, że jego molekuła charakteryzuje się strukturą domkniętą o trójkrotnej osi symetrii.
The aim of this doctoral dissertation was to obtain structural models of potentially neurotoxic oligomers of human cystatin C (HCC). In order to achieve this objective I have carried out structural characteristics of covalently stabilized oligomeric forms of HCC, using four selected research methods which allowed me to obtain complementary information about the analyzed system: SAXS with the use of high-brilliance synchrotron radiation (DESY, Hamburg), TEM, AFM and molecular dynamics simulations. Analysis of the results obtained by the mentioned above methods revealed, that higher HCC oligomers (decamer, dodecamer) have donut-like, flat shape with a visible hollow in the center of the structure. Ring thickness of approximately 2 nm corresponds to the height of one subunit of HCC. During the molecular dynamics simulations models of HCC decamer and dodecamer showed high stability of the structure, which manifested itself in good preservation of secondary structure of tested models, presence of stable hydrogen bonds formed between different cystatin subunits in oligomers and reaching a plateau on the graph of the potential energy changes during molecular dynamics simulations. Analysis of SAXS data for the small covalently stabilized oligomeric forms of HCC (dimer, trimer) allowed to show, that the HCC dimer has a bent form in the solution which corresponds to the crystallographic structure of dimer in regular phase (PDB: 1G96), whereas low resolution 3D model of HCC trimer revealed that this molecule is characterized by a closed structure with three-fold symmetry axis.
The aim of this doctoral dissertation was to obtain structural models of potentially neurotoxic oligomers of human cystatin C (HCC). In order to achieve this objective I have carried out structural characteristics of covalently stabilized oligomeric forms of HCC, using four selected research methods which allowed me to obtain complementary information about the analyzed system: SAXS with the use of high-brilliance synchrotron radiation (DESY, Hamburg), TEM, AFM and molecular dynamics simulations. Analysis of the results obtained by the mentioned above methods revealed, that higher HCC oligomers (decamer, dodecamer) have donut-like, flat shape with a visible hollow in the center of the structure. Ring thickness of approximately 2 nm corresponds to the height of one subunit of HCC. During the molecular dynamics simulations models of HCC decamer and dodecamer showed high stability of the structure, which manifested itself in good preservation of secondary structure of tested models, presence of stable hydrogen bonds formed between different cystatin subunits in oligomers and reaching a plateau on the graph of the potential energy changes during molecular dynamics simulations. Analysis of SAXS data for the small covalently stabilized oligomeric forms of HCC (dimer, trimer) allowed to show, that the HCC dimer has a bent form in the solution which corresponds to the crystallographic structure of dimer in regular phase (PDB: 1G96), whereas low resolution 3D model of HCC trimer revealed that this molecule is characterized by a closed structure with three-fold symmetry axis.
Description
Wydział Fizyki
Sponsor
Niniejsze badania w części finansowane były ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC-2012/06/M/ST4/00036.
Keywords
Cystatyna C, Cystatin C, dynamika molekularna, molecular dynamic, oligomery białek, protein oligomer