Protein Folding of Chignolin

Abstract

Chignolin, et miniprotein med 10 aminosyrer, er et modellsystem for β-tråder. For å bestemme hyppigheten og foldemetoden til chignolin, ble chignolin simulert ved hjelp av RETIS, en simuleringsmetode for sjeldne hendelser, som sporer en reaksjon over en ordensparameter. Flere ordensparametere brukes i RETIS-simuleringer inkludert enkeltavstander mellom aminosyrer i proteinet, kombinasjoner av avstander mellom aminosyrer i proteinet og RMSD-verdien. Ordensparametrene ble bedømt på om chignolin var korrekt foldet ved slutten av overgangen i RETIS simuleringene. Reaksjonshastighetskonstant ble da også beregnet ved hjelp av PyRETIS-programmet som ble brukt til simuleringene. Disse ble deretter justert for de ikke-foldede banene i ordensparameteren.

Banene ble analysert for å bestemme foldemekanismen. For dette ble plotter, som sammenlikner hvordan avstandene mellom forskjellige aminosyrer endres etter hvert som overgangen gikk, analysert for å bestemme dannelsesrekkefølgen for hydrogenbindinger. I tillegg ble hovedkomponentanalyse, beslutningstreklassifisering og banetetthetsplotting brukt for å lokalisere vanlige feilfoldede konfigurasjoner.

Ingen av ordensparametrene som presenteres i dette arbeidet resulterer utelukkende i baner som foldes korrekt. Arbeidet inneholder imidlertid også innsikt i potensielle ordreparametere. Reaksjonshastighetskonstant ble beregnet til å være mellom 2,776e-4 ps^-1 og 1,021e-5 ps^-1, noe som er i rimelig overensstemmelse med tidligere eksperimenter. ASP3O-GLY7N-ordensparameteren resulterte i 5% foldet chignolin, og ASP3O-THR8N-ordensparameteren resulterte i 11% foldet chignolin. De andre banene ble feilfoldet. Andre egenskaper ved chignolin enn hydrogenbindingene spiller en stor rolle i om chignolin er foldet eller feilfoldet. Hydrogenbindingene som er tilstede i chignolin dannes vanligvis rundt samme tid, og dette skjer vanligvis på samme tid eller kort tid etter at den hydrofobisk kjernen er dannet.

Chignolin, a 10 residue mini-protein, is a model system for β-hairpin turns. To determine the rate and folding method of chignolin, chignolin was simulated using RETIS, a method of simulation for rare events, that tracks a reaction over an order parameter. Several order parameters are used in RETIS simulations including single distances between residues in the protein, combinations of distances between residues in the protein and the RMSD value. The order parameters were judged on whether or not chignolin was properly folded by the last interface. The rate constant was then also calculated using the PyRETIS python library used for the simulations. These were then adjusted for the non-folded trajectories in the order parameter.

The trajectories were analyzed to determine the folding mechanism. For this, plots comparing how the distances between different residues change as the transition progressed were analyzed to determine hydrogen bond formation order. In addition, principal component analysis, decision tree classification and path density plotting were used to locate any common misfolded configurations.

None of the order parameters presented in this work solely result in trajectories that properly fold. However, insights into potential order parameters are also made. The rate constant was calculated to be between 2.776e-4 ps^-1 and 1.021e-5 ps^-1, which is in reasonable agreement with previous experiments. The ASP3O-GLY7N order parameter resulted in 5% folded chignolin, and the ASP3O-THR8N order parameter resulted in 11% folded chignolin. The other trajectories were misfolded. Features of chignolin other than the hydrogen bonds play a large role in whether chignolin is folded or misfolded. The hydrogen bonds present in chignolin usually form around the same time, and this usually occurs at the same time or soon after the hydrophobic core is formed.