Analysis of thermophilic and mesophilic proteins through contact map networks

In questa tesi si affronta lo studio di proteine termofile e mesofile con un approccio a network, con lo scopo di cercarne differenze strutturali che giustifichino la minore termolabilità delle proteine termofile. Applicare la teoria dei grafi allo studio delle proteine significa modellizzarne la struttura 3D con una matrice 2D, la mappa di contatto proteica, operando una compressione dell'informazione. La perdita di dettaglio è compensata dall'ottenimento di un oggetto matematico facilmente trattabile con una chiara interpretazione fisica. In questa tesi è stato scelto di concentrarsi sulle proprietà spettrali del suo Laplaciano in quanto queste sono strettamente legate alle proprietà vibrazionali del sistema. L'ipotesi è che si possa trovare così una differenza tra proteine termofile e mesofile in quanto, secondo l'ipotesi di stati equivalenti, si suppone che una proteina termofila a temperatura ambiente sia più rigida di una mesofila e che queste abbiano una flessibilità simile solamente alle loro rispettive temperature ottimali. Il database analizzato è stato costruito come una serie di coppie di proteine omologhe, una mesofila e una termofila. Questo permette di cercare differenze tra proteine simili, le cui differenze ci si aspetta siano dovute agli adattamenti per sopravvivere in habitat con diverse temperature. Su questo dataset sono state effettuate sia misure strutturali più tradizionali, sia è stato studiato lo spettro del Laplaciano delle loro mappe di contatto. Se i primi non hanno presentato differenze significative tra i due gruppi di proteine, un risultato interessante è stato ottenuto proprio con l'approccio a network. I primi autovalori del Laplaciano, associati quindi con basse frequenze di vibrazione, riescono a discriminare proteine termofile e mesofile, in oltre il 65% delle coppie - da confrontare con percentuali di discriminazione in letteratura recente che, utilizzando solo proprietà strutturali delle proteine, non arrivano al 60%.