Understanding the impacts of self-shuffling approach on structure and function of shuffled endoglucanase enzyme via MD simulations

Kendi üzerine gerçekleştirilen DNA karma yöntemi ile elde edilenendoglukanaz enzimlerinin yapı ve fonksiyon değişikliklerinin MDsimülasyonları ile anlaşılması

Abstract

Objective: We identify the impacts of structural differences on functionality of EG3_S2 endoglucanase enzyme with MD studies. The results of previous experimental studies have been explained in details with computational approach. The objective of this study is to explain the functional differences between shuffled enzyme (EG3_S2) and its native counterpart (EG3_nat) from Trichoderma reseei, via Molecular Dynamics approach. Materials and methods: For this purpose, we performed MD simulations along 30 ns at three different reaction temperatures collected as NpT ensemble, and then monitored the backbone motion, flexibilities of residues, and intramolecular interactions of EG3_S2 and EG3_nat enzymes. Results: According to MD results, we conclude that EG3_S2 and EG3_nat enzymes have unique RMSD patterns, e.g. RMSD pattern of EG3_S2 is more dynamic than that of EG3_nat at all temperatures. In addition to this dynamicity, EG3_S2 establishes more salt bridge interactions than EG3_nat. Conclusion: By taking these results into an account with the preservation of catalytic Glu residues in a proper manner, we explain the structural basis of differences between shuffled and native enzyme via molecular dynamic studies.

Özet

Amaç: Bir önceki deneysel çalışmamızda elde ettiğimiz EG3_S2 endoglukanaz enziminin yapısal farklılıklarının fonksiyonel etkilerini MD simülasyonları ile inceledik. Bu çalışmanın amacı DNA karma yöntemi ile elde edilen EG3_S2 endoglukanaz enzimi ile tabii EG3_nat enzimi arasındaki yapısal ve fonksiyonel farklılıkların moleküler dinamik simülasyonları ile ortaya konulmasıdır. Elde edilen fonksiyonel değişiklikleri açıklayabilecek teorik bir altyapı elde etmek bu çalışmanın amaçlarından biridir. Gereç ve Yöntem: Bu sebeple ilk olarak; 3 farklı reaksiyon sıcaklığında koşturulan MD simülasyonları sonucunda rezidülerin esneklik analizleri, temel protein zinciri hareketi ve rezidüler arası etkileşimler incelenmiştir. Bulgular: MD sonuçlarına göre, EG3_S2 ve EG3_nat enzimleri kendilerine özgü bir RMSD örüntüsü göstermektedir. Örnek olarak, E3_S2 enzimi EG3_nat’e göre daha dinamik bir protein zinciri hareketine sahiptir. Bu dinamik yapıya ek olarak; EG3_S2 tabii enzime göre daha fazla tuz köprüsü oluşturmaktadır. Yani DNA karma yöntemi ile elde ettiğimiz EG3_S2 enziminin yapısal kararlılığı ve moleküler arası etkileşimleri tabii endoglukanaz enziminden farklıdır. Sonuç: Tüm bu MD sonuçları ile birlikte katalitik Glu rezidüsünün EG3_S2’de korunduğu bilgisini göz önünde buldurduğumuz zaman, EG3_S2’nin sahip olduğu dinamik yapı ile EG3_nat’den nasıl farklı davrandığını açıklayan bir teorik alt yapıyı elde etmiş oluyoruz. EG3_S2 ve EG3_nat’in göstermiş olduğu farklı iç dinamikler, elde ettiğimiz fonksiyonel farkların temel gerekçelerini ortaya koymaktadır.