Projektinformation
Populärvetenskaplig beskrivning
Proteiner är mer än något man behöver äta för att få stora muskler, de är absolut nödvän- diga för att kroppen ska fungera överhuvudtaget. För att proteiner skulle ha en funktion ansågs det länge vara nödvändigt att proteinet hade en väl specifierad 3D-struktur. Denna syn har ändrats efter att så kallade intrinsikalt oordnade proteiner (”Intrinsically Disordered Protein”, förkortat IDP på engelska) bekräftats ha viktiga biologiska funktioner. Uppskatt- ningar visar också att de inte är en liten grupp specialfall av proteiner, utan nästan 30 % av proteinerna i eukaryota organismer är IDP:er.
Det som utmärker IDP:er är just att de saknar en specifik 3D-struktur. Istället existerar dessa som en ensemble av heterogena strukturer. Det gör dem dock svårare att studera experimentellt, varför datorsimuleringar kan bidra till att förstå dessa proteiner.
I många studier studerar man proteiner i låga koncentrationer. Men i verkliga biologiska sammanhang är koncentrationen inte låg utan hög. Den höga koncentrationen kan få pro- teiner att anta andra strukturer än dem som observeras vid låga koncentrationer, så studier som syftar till att förstå biologisk funktion hos proteiner bör ta hänsyn till denna effekt.
I den här avhandlingen har speciellt ett protein som finns i saliven, Histatin 5, studerats vid höga koncentrationer med spridningstekniker och datorsimuleringar. Höga koncentrationer är i datorsimuleringar ett hinder, eftersom det är mer beräkningskrävande. För att komma runt detta har så kallade grovkorniga datormodeller använts, som förenklar struk- turer genom att sätta flera partiklar i grupper, som sedan behandlas som en stor partikel.
Flera sådana grovkorniga modeller utvärderades tillsammans med experimentella data, och även om ingen modell var perfekt, visade den bästa modellen att för Histatin 5 finns ingen större effekt upp till medelhöga koncentrationer. Vid än högre koncentrationer visade experiment att Histatin 5 i viss mån började att klumpa ihop sig, vilket modellering inte visade. En hypotes för det experimentella beteende var att Histatin 5 var ett för litet protein för att mer dramatiska effekter skulle kunna ske, varför ett nytt protein där man satte ihop två Histatin 5 proteiner skapades och samma experiment upprepades, med den modell som i föregående fall presterat bäst.. Här var modellen sämre, även vid låga proteinkoncentra- tioner, och vissa experiment pekade på egenskaper hos det nya proteinet som inte kunde modelleras med den förenklade modellen. Därför utfördes simuleringar med en kraftfull, men beräkningskrävande modell som kan förklara fler egenskaper, men det visade sig att även denna hade problem med att förklara experimentella data. Detta visar på behovet att utveckla modeller vidare för att fungera bättre med denna viktiga klass av proteiner. Expe- rimentellt var beteendet som tidigare, med undantaget att den koncentration där proteinet började klumpa sig var lägre.
I biologiska sammanhang är inte proteiner omgivna av kopior av sig själva, utan befinner sig i en heterogen miljö. Man bör därför också studera proteiner tillsammans med andra sorters molekyler. Här studerades Histatin 5 var för sig ihop med fyra andra molekyler, i varierande storlekar. För tre av dessa fanns ingen effekt på Histatin 5 alls, medan den fjärde, största molekylen enligt ett experiment där struktur undersöks inte gav någon observer- bar effekt, medan ett annat experiment där diffusion undersöks påvisade en skillnad när koncentrationen av molekylen blev större. Simuleringar kunde bekräfta bristen på effekt gällande strukturella egenskaper.
Hur diffusion påverkas av höga koncentrationer av Histatin 5 ensamt studerades också. Hög koncentration visades sakta ner diffusionstakten, vilket eventuellt kan förklaras att Histatin 5 klumpar ihop sig vid högre koncentrationer. Effekten av salt och temperatur vid höga koncentrationer undersöktes också, där temperatur visade sig påverka Histatin 5 trivialt (hög temperatur gav snabbare diffusion), medan salt minskade diffusionstakten, vilket spekulativt förklaras med att Histatin 5 har en något annorlunda struktur vid lägre salthalter eller att höga saltkoncentrationer får Histatin 5 att klumpa ihop sig.
För undersökningen av diffusion som funktion av koncentration användes simuleringar med hög detaljnivå. För att jämföra simuleringarna med experimenten behövdes dock någ- ra antaganden, vilka valdes utifrån tidigare studier av ett annat protein. Med det valda antagandet gav simulering en för långsam diffusion jämfört med experiment. Andra anta- ganden, som baserar sig på approximationer om geometrin hos Histatin 5 ger mer jämför- bara värden med experiment, men det bör anses att studier på verkliga proteiner ger mer realistiska antaganden. Trender inom diffusion var däremot likartade gentemot experiment, varför simuleringsmodellen bör anses semi-kvantitativ.
Till sist testades flera grovkorniga modeller, där det visade sig att den mest avancerade modellen var den som presterade sämst, vilket visar på att enklare modeller är konkurrens- kraftiga.
Det som utmärker IDP:er är just att de saknar en specifik 3D-struktur. Istället existerar dessa som en ensemble av heterogena strukturer. Det gör dem dock svårare att studera experimentellt, varför datorsimuleringar kan bidra till att förstå dessa proteiner.
I många studier studerar man proteiner i låga koncentrationer. Men i verkliga biologiska sammanhang är koncentrationen inte låg utan hög. Den höga koncentrationen kan få pro- teiner att anta andra strukturer än dem som observeras vid låga koncentrationer, så studier som syftar till att förstå biologisk funktion hos proteiner bör ta hänsyn till denna effekt.
I den här avhandlingen har speciellt ett protein som finns i saliven, Histatin 5, studerats vid höga koncentrationer med spridningstekniker och datorsimuleringar. Höga koncentrationer är i datorsimuleringar ett hinder, eftersom det är mer beräkningskrävande. För att komma runt detta har så kallade grovkorniga datormodeller använts, som förenklar struk- turer genom att sätta flera partiklar i grupper, som sedan behandlas som en stor partikel.
Flera sådana grovkorniga modeller utvärderades tillsammans med experimentella data, och även om ingen modell var perfekt, visade den bästa modellen att för Histatin 5 finns ingen större effekt upp till medelhöga koncentrationer. Vid än högre koncentrationer visade experiment att Histatin 5 i viss mån började att klumpa ihop sig, vilket modellering inte visade. En hypotes för det experimentella beteende var att Histatin 5 var ett för litet protein för att mer dramatiska effekter skulle kunna ske, varför ett nytt protein där man satte ihop två Histatin 5 proteiner skapades och samma experiment upprepades, med den modell som i föregående fall presterat bäst.. Här var modellen sämre, även vid låga proteinkoncentra- tioner, och vissa experiment pekade på egenskaper hos det nya proteinet som inte kunde modelleras med den förenklade modellen. Därför utfördes simuleringar med en kraftfull, men beräkningskrävande modell som kan förklara fler egenskaper, men det visade sig att även denna hade problem med att förklara experimentella data. Detta visar på behovet att utveckla modeller vidare för att fungera bättre med denna viktiga klass av proteiner. Expe- rimentellt var beteendet som tidigare, med undantaget att den koncentration där proteinet började klumpa sig var lägre.
I biologiska sammanhang är inte proteiner omgivna av kopior av sig själva, utan befinner sig i en heterogen miljö. Man bör därför också studera proteiner tillsammans med andra sorters molekyler. Här studerades Histatin 5 var för sig ihop med fyra andra molekyler, i varierande storlekar. För tre av dessa fanns ingen effekt på Histatin 5 alls, medan den fjärde, största molekylen enligt ett experiment där struktur undersöks inte gav någon observer- bar effekt, medan ett annat experiment där diffusion undersöks påvisade en skillnad när koncentrationen av molekylen blev större. Simuleringar kunde bekräfta bristen på effekt gällande strukturella egenskaper.
Hur diffusion påverkas av höga koncentrationer av Histatin 5 ensamt studerades också. Hög koncentration visades sakta ner diffusionstakten, vilket eventuellt kan förklaras att Histatin 5 klumpar ihop sig vid högre koncentrationer. Effekten av salt och temperatur vid höga koncentrationer undersöktes också, där temperatur visade sig påverka Histatin 5 trivialt (hög temperatur gav snabbare diffusion), medan salt minskade diffusionstakten, vilket spekulativt förklaras med att Histatin 5 har en något annorlunda struktur vid lägre salthalter eller att höga saltkoncentrationer får Histatin 5 att klumpa ihop sig.
För undersökningen av diffusion som funktion av koncentration användes simuleringar med hög detaljnivå. För att jämföra simuleringarna med experimenten behövdes dock någ- ra antaganden, vilka valdes utifrån tidigare studier av ett annat protein. Med det valda antagandet gav simulering en för långsam diffusion jämfört med experiment. Andra anta- ganden, som baserar sig på approximationer om geometrin hos Histatin 5 ger mer jämför- bara värden med experiment, men det bör anses att studier på verkliga proteiner ger mer realistiska antaganden. Trender inom diffusion var däremot likartade gentemot experiment, varför simuleringsmodellen bör anses semi-kvantitativ.
Till sist testades flera grovkorniga modeller, där det visade sig att den mest avancerade modellen var den som presterade sämst, vilket visar på att enklare modeller är konkurrens- kraftiga.
| Status | Ej startat |
|---|