توقع تسلسل من هيكل

طريقة واحدة لتحقيق النظم البيولوجية المعقدة هي لمنع مكوناتها من التفاعل ونرى ما سيحدث. هذا الأسلوب يسمح للباحثين لفهم أفضل العمليات والوظائف الخلوية, زيادة التجارب المعملية اليومية, فحوصات تشخيصية, والتدخلات العلاجية. كنتيجة ل, الكواشف التي تعوق التفاعل بين البروتينات هي في ارتفاع الطلب. ولكن قبل العلماء يمكن أن تولد بسرعة جزيئات المخصصة الخاصة بهم قادرة على القيام بذلك, لا بد أولا تحليل العلاقة المعقدة بين تسلسل وهيكل.

وتتكون واجهة الربط بين الببتيد والهدف من البروتين بي سي إل 2 من الزخارف الهيكلية المشتركة المعروفة باسم شروط. صورة: سيباستيان سوانسون وآفي المغني

يمكن أن الجزيئات الصغيرة تدخل الخلايا بسهولة, ولكن واجهة حيث ربط اثنين من البروتينات مع بعضها البعض في كثير من الأحيان كبيرة جدا أو تفتقر إلى تجاويف صغيرة اللازمة لهذه الجزيئات لاستهداف. الأجسام المضادة وnanobodies ربط لفترات أطول من البروتين, مما يجعلها أكثر ملاءمة لعرقلة التفاعلات البروتين البروتين, ولكن حجمها كبير وبنية معقدة تجعل من الصعب تقديم وغير مستقرة في السيتوبلازم. على نقيض ذلك, مسافات قصيرة من الأحماض الأمينية, المعروفة باسم الببتيدات, هي كبيرة بما يكفي لربط فترات طويلة من البروتين في حين لا تزال صغيرة بما يكفي لإدخال الخلايا.

المختبر كيتنغ في وزارة MIT الأحياء من الصعب في العمل تطوير طرق لتصميم بسرعة الببتيدات التي يمكن أن تعطل البروتين البروتين التفاعلات التي تنطوي بي سي إل 2 البروتينات, التي تعزز نمو السرطان. على نهج آخر يستخدم برنامج كمبيوتر يسمى dTERMen, التي وضعتها كيتنغ مختبر خريج, جيفورج غريغوريان الدكتوراه '07, حاليا أستاذ مشارك في علوم الكمبيوتر وأستاذ مشارك مساعد في العلوم البيولوجية والكيمياء في كلية دارتموث. الباحثون ببساطة تغذي برنامج هياكلها المطلوب, ويبصق تسلسل الأحماض الأمينية لالببتيدات قادرة على عرقلة البروتين البروتين التفاعلات محددة.

"ان مثل هذا النهج سهلة الاستخدام,"يقول كيتنغ, أستاذ معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا البيولوجيا وكبار المؤلف على دراسة. "نظريا, كنت قد وضعت في أي هيكل وحل لتسلسل. في دراستنا, وجاء البرنامج مع مجموعات تسلسل الجديدة التي لا تحب أي شيء وجدت في الطبيعة - أنه استخلص بطريقة فريدة من نوعها تماما لحل المشكلة. إنه أمر مثير أن كشف مناطق جديدة من سلسلة الكون ".

مرحلة ما بعد الدكتوراه السابق فنسنت Frappier وجوستين جنسون الدكتوراه '18 هم الكتاب شارك في أول يوم دراسة, الذي يظهر في العدد الأخير من بناء.

نفس المشكلة, مقاربة مختلفة

جنسون, لجزءه, وقد تناولت التحدي المتمثل في تصميم الببتيدات التي ترتبط بي سي إل 2 البروتينات باستخدام ثلاثة مناهج متميزة. طريقة تستند dTERMen-, هو يقول, وإلى حد بعيد الأكثر كفاءة والعام انه يحاكم حتى الآن.

النهج القياسية لاكتشاف الببتيد مثبطات غالبا ما تنطوي على نمذجة الجزيئات كلها وصولا الى الفيزياء والكيمياء وراء الذرات الفردية وقواتهم. تتطلب أساليب أخرى شاشات تستغرق وقتا طويلا للحصول على أفضل المرشحين ملزم. في كلتا الحالتين, عملية شاقة ونسبة النجاح منخفضة.

DTERM, على نقيض ذلك, يتطلب لا فيزياء ولا فحص تجريبي, ويستفيد من وحدات مشتركة من الهياكل بروتين يعرف, مثل اللوالب ألفا وبيتا خيوط - دعا الزخارف الهيكلي العالي أو "شروط" - التي تم تجميعها في مجموعات مثل بنك معلومات البروتين. dTERMen مقتطفات هذه العناصر الهيكلية من البنك البيانات ويستخدمها لحساب الذي الأمينية سلاسل الأحماض يمكن اعتماد هيكل قادر على الربط إلى ومقاطعة تفاعلات البروتين البروتين محددة. يستغرق يوما واحدا لبناء نموذج, وثوان معدودات لتقييم ألف متواليات أو تصميم الببتيد جديد.

"dTERMen يسمح لنا لإيجاد تسلسل التي من المحتمل أن يكون خصائص ملزمة نحن نبحث عن, في قوة, فعالة, وبصورة عامة مع نسبة عالية من النجاح,"يقول جنسن. "اتخذت نهج السنوات الماضية. ولكن باستخدام dTERMen, ذهبنا من الهياكل لتصاميم التحقق من صحة في غضون أسابيع ".

ل 17 الببتيدات التي تم إنشاؤها باستخدام تسلسل تصميم, 15 ملزمة مع مواطن مثل تقارب, تعطيل بي سي إل 2 البروتين البروتين التفاعلات التي يصعب المعروف أن استهداف. في بعض الحالات, كانت تصاميمهم انتقائية من المستغرب وملزمة لأحد أفراد عائلة واحدة بي سي-2 على الآخرين. تسلسل مصممة انحرفت عن تسلسل تعرف وجدت في الطبيعة, مما يزيد بشكل كبير من عدد من الببتيدات الممكنة.

"يسمح هذا الأسلوب على مستوى معين من المرونة,"يقول Frappier. "dTERMen هو أكثر قوة في إحداث تغيير هيكلي, والذي يسمح لنا لاستكشاف أنواع جديدة من هياكل وتنويع محفظتنا من المرشحين المحتملين ملزم ".

التحقيق تسلسل الكون

وبالنظر إلى الفوائد العلاجية من تثبيط بي سي إل 2 وظيفة وتباطؤ نمو الورم, بدأ مختبر كيتنغ بالفعل تمديد حسابات التصميم لأعضاء آخرين من عائلة بي سي إل 2. أنها تنوي تطوير في نهاية المطاف البروتينات الجديدة التي تبني الهياكل التي لم يسبق له مثيل من قبل.

"لقد رأينا الآن ما يكفي من الأمثلة من مختلف الهياكل بروتين المحلية أن النماذج الحاسوبية للعلاقات تسلسل هيكل يمكن أن يستدل مباشرة من البيانات الهيكلي, بدلا من الاضطرار إلى إعادة اكتشاف كل مرة من مبادئ تفاعل ذري,"يقول غريغوريان, الخالق dTERMen ل. "إنه أمر مثير للغاية أن مثل هذه الأعمال الاستدلال القائم على هيكل ودقيقة بما يكفي لتمكين التصميم بروتين قوي. ويوفر أداة مختلفة جذريا للمساعدة في معالجة المشاكل الرئيسية في علم الأحياء الهيكلي - من تصميم البروتين لهيكلة التنبؤ ".

Frappier تأمل يوم واحد لتكون قادرة على فحص بروتيوم البشري بأكمله حسابيا, باستخدام أساليب مثل dTERMen لتوليد مرشح ملزم الببتيدات. يشير جنسون أن استخدام dTERMen في تركيبة مع المزيد من الأساليب التقليدية إلى إعادة تصميم تسلسل يمكن تضخيم أداة قوية بالفعل, تمكين الباحثين لإنتاج هذه الببتيدات المستهدفة. ومن الناحية المثالية, هو يقول, يوم واحد تطوير الببتيدات التي تربط وتمنع بروتين المفضلة لديك يمكن أن يكون سهلا كما يعمل برنامج كمبيوتر, أو روتين عن تصميم التمهيدي DNA.

مصدر: HTTP://news.mit.edu, من رالي McElvery