On protein structure, function and modularity from an evolutionary perspective

Abstract

ii "Ei se kannatte." -Meänkieli proverb iii POPULÄRVETENSKAPLIG SAMMANFATTNING Människan byggs upp av celler, de i sin tur består av än mindre beståndsdelar; livets molekyler. Dessa fungerar som mekaniska byggstenar, likt maskiner och robotar som sliter vid fabrikens band; envar utförandes en absolut nödvändig funktion för cellens, och hela kroppens, fortsatta överlevnad. De av livets molekyler som beskrivs centralt i den här avhandling är proteiner, vilka i sin tur består utav en lång kedja, med olika typer av länkar, som likt garn lindar upp sig i ett nystan av en (mer eller mindre...) bestämd struktur som avgör dess roll och funktion i cellen.Intrinsiellt oordnade proteiner (IDP) går emot denna enkla åskådning; de är proteiner som saknar struktur och beter sig mer likt spaghetti i vatten än en maskin. IDP är ändå funktionella och bär på centrala roller i cellens maskineri; exempel är oncoproteinet c-Myc som agerar gaspedalför cellen -fel i c-Myc's funktion leder till att cellerna löper amok, delar sig hejdlöst och vi får cancer.Man har upptäckt att c-Myc har en ombytlig struktur vi inte kan se; studier av punktvisa föränd-ringar, mutationer, i kedjan av byggstenar hos c-Myc visar att många länkar har viktiga roller i funktionen. Detta ger oss bättre förståelse om cancer men samtidigt är laboratoriearbetet både komplicerat och dyrt; här kan evolutionen vägleda oss och avslöja hemligheterna snabbare.Molekylär evolution studeras genom att beräkna variation i proteinkedjan mellan besläktade arter som finns lagrade i databaser; detta visar snabbt, via nätverksanalys och grafteori, vilka delar av proteinet som är centrala och kopplade till varandra av nödvändighet för artens fortlevnad. På så vis hjälper evolutionen oss att förstå proteinfunktioner via modeller baserade på proteinernas interaktioner snarare än deras struktur.Samma modeller kan nyttjas för att förstå dynamiska förlopp och skillnader mellan normala och patologiska varianter av proteiner; mutationer kan uppstå i vår arvsmassa som kan leda till sjukdom. Genom analys av proteinernas kopplingsnätverk i grafmodellerna kan man bättre förutsäga vilka mutationer som är farligare än andra. Dessutom har det visat sig att en sådan representation kan ge bättre förståelse för den normala funktionen hos ett protein än vad en proteinstruktur kan.Här introduceras även konceptet proteinprimärer, vilket är en abstrakt representation av proteiner centrerad på deras interaktiva mönster, snarare än på partikulär form och struktur. Det är en förhoppning att en sådan representation skall förenkla diskussionen anbelangande proteinfunktion så till den grad att strukturbestämmelse av proteiner, som är en mycket kostsam och tidskrävande process, till viss mån kan anses vara sekundär i betydelse jämfört med funktionellt modellerande baserat på evolutionära data extraherade ur våra sekvensdatabaser. v ABSTRACT We are compounded entities, given life by a complex molecular machinery. When studying these molecules we have to make sense of a diverse set of dynamical nanostructures w...