Yağ Asidi Metabolizmasında Görevli Proteinlerin FOXO3A ile Etkileşiminin In Silico Yöntemlerle İncelenmesi

Abstract

Yağ asidi metabolizması yağ asidi sentezi (lipogenez), mitokondride gerçekleşen beta-oksidasyon ve endoplazmik retikulumda gerçekleşen omega-oksidasyon gibi temel süreçleri içermektedir. Bu metabolik yollar, özellikle kanser hücrelerinde yeniden programlanarak hücrelerin enerji ihtiyacını karşılamada ve hayatta kalmada avantaj sağlamaktadır. Forkhead box ailesi proteinleri (Forkhead box, class O, FoxO) proliferasyon, apoptoz, farklılaşma, stres koşullarında direnç gibi hücresel süreçlerde rol alarak diyabet, kanser, vasküler hastalıklar ve hiperglisemi gibi yaşam süresinin düzenlenmesinin önemli olduğu birçok hastalıkla ilişkilendirilmektedirler. FOXO ailesi üyelerinden FOXO3A (Forkhead box O3a), birçok hastalıkta geniş çapta çalışılan bir transkripsiyon faktörüdür. Hücre siklusunun devamlılığında, proliferasyon, apoptoz, metastaz ve anjiyogenez gibi farklı metabolik süreçlerde görevli birçok genin aktivitesinden ya da inhibisyonundan sorumlu bir regülatör olarak görev almaktadır. FOXO3A tümor baskılayıcı özelliğe sahip bir transkripsiyon faktörü olarak hücre içerisinde doğrudan ya da dolaylı şekilde çeşitli sinyal yollarının regülasyonunda rol oynamaktadır. Bu bağlamda, FOXO3A'nın kanserde yağ asidi metabolizmasında hangi proteinler ile etkileşimde olduğunun belirlenmesi önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, kanser hücrelerinde enerji metabolizması açısından hayati öneme sahip olan yağ asidi metabolizması ile çok yönlü bir transkripsiyon faktörü olan FOXO3A arasındaki potansiyel etkileşimlerin in silico analizler ile belirlenmesi amaçlanmaktadır. Bu amaç kapsamında, hücre kaderinin belirlenmesinde önemli roller üstlenen tümör baskılayıcı FOXO3A'nın yapısal ve fonksiyonel özellikleri, transkripsiyonel aktiviteleri, post-translasyonel modifikasyonlar ile nasıl düzenlendiği ve hücredeki alt hücresel lokalizasyonunun nasıl kontrol edildiği literatür verileri kullanılarak açıklanmıştır. Ardından, FOXO3A'nın, yağ asidi metabolizmasında görev alan proteinlerle olası fiziksel veya fonksiyonel etkileşimleri in silico analizler aracılığıyla tahmin edilmiştir. Bu doğrultuda, çalışmada ilk olarak FOXO3A genindeki varyantların yapısal ve işlevsel etkileri detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Öncelikle, Ensembl VEP, CADD ve REVEL gibi biyoinformatik araçlar kullanılarak varyantların patojenite potansiyelleri değerlendirilmiş, ardından Varsome üzerinden bu varyantların klinik sınıflandırmaları ve evrimsel korunum skorları yorumlanmıştır. Analizler sonucunda yüksek riskli olduğu öngörülen bazı varyantlar seçilerek bu varyantların FOXO3A proteininin üç boyutlu yapısı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Yapısal modelleme ve moleküler dinamik simülasyonları aracılığıyla, mutasyonların protein stabilitesi, içsel bozukluk bölgeleri ve potansiyel etkileşim yüzeyleri üzerindeki etkileri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. FOXO3A ve yağ asidi metabolizmasıyla ilişkili proteinlerin dizileri ve üç boyutlu yapıları veri tabanlarından elde edilmiştir. Ardından ColabFold aracı kullanılarak FOXO3A'nın potansiyel etkileşim partnerleri belirlenmiştir. Belirlenen proteinlerin üç boyutlu yapıları çeşitli kalite kontrol analizleri ile doğrulanmış ve yapıların güvenilirliği değerlendirilmiştir. HDCOK ve Hawkdock moleküler yerleştirme platformu kullanılarak FOXO3A ile aday proteinler arasında olası bağlanma senaryoları modellenmiştir. Bu bağlanmaların detaylandırılması amacıyla bağlanma arayüzü analizleri Chimera X ile gerçekleştirilmiş, evrimsel korunmuşlukları Consurf veri tabanında araştırılmış ve Beat Music sunucusu aracılığyla bölgeye özgü yaratılan mutagenez ile kritik amino asit kalıntıları belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlarda yağ asidi metabolizmasında görevli olan ACSL1 proteinin FOXO3A proteini ile yüksek bağlanma ara yüzü skoruna sahip olduğu belirlenmiştir. Elde edilen FOXO3A-ACSL1 kompleksinin dinamik davranışlarını değerlendirmek amacıyla GROMACS ile moleküler dinamik simülasyonları gerçekleştirilmiş, bağlanma kararlılığı ve etkileşim yüzeyleri zaman içinde analiz edilmiştir. Ayrıca, intrinsik olarak düzensiz bölgelerin tespiti için rezidü bazlı bozukluk tahmin algoritmaları ve fonksiyonel bozukluk ilişkili analizler kullanılmıştır. Bu çalışma sonucunda elde edilen bulgular ile FOXO3A'nın yağ asidi metabolizmasında görevli potansiyel etkileşim partnerleri belirlenmektedir. Aynı zamanda, FOXO3A'nın metabolizma-bağımlı kanser türlerinde potansiyel bir biyobelirteç veya terapötik hedef olarak değerlendirilebileceğini ortaya koymaktadır. Bu yönüyle çalışma, metabolik yeniden programlanmanın kontrolünde FOXO3A gibi transkripsiyon faktörlerinin merkezi rollerini vurgulayarak hem kanser tedavisinde yeni potansiyel hedefler sunmaktadır.