Antaŭdira sekvenco de strukturo

Unu maniero sondi komplikajn biologiajn sistemojn estas bloki iliajn komponentojn de interagado kaj vidi kio okazas. Ĉi tiu metodo permesas al esploristoj pli bone kompreni ĉelajn procezojn kaj funkciojn, pliigante ĉiutagajn laboratoriajn eksperimentojn, diagnozaj provoj, kaj terapiaj intervenoj. Tial, reakciiloj kiuj malhelpas interagojn inter proteinoj estas tre postulataj. Sed antaŭ ol sciencistoj povas rapide generi siajn proprajn kutimajn molekulojn kapablajn fari tion, ili unue devas analizi la komplikan rilaton inter sekvenco kaj strukturo.

La liga interfaco inter peptido kaj ĝia Bcl-2-proteina celo estas kunmetita de oftaj strukturaj ĉeftemoj konataj kiel TERMoj.. Bildo: Sebastian Swanson kaj Avi Singer

Malgrandaj molekuloj povas facile eniri ĉelojn, sed la interfaco kie du proteinoj ligas unu al la alia ofte estas tro granda aŭ malhavas la etajn kavojn necesajn por tiuj molekuloj celi.. Antikorpoj kaj nanokorpoj ligas al pli longaj etendaĵoj de proteino, kio igas ilin pli taŭgaj por malhelpi protein-proteinajn interagojn, sed ilia granda grandeco kaj kompleksa strukturo igas ilin malfacilaj livereblaj kaj malstabilaj en la citoplasmo. Kontraste, mallongaj pecoj de aminoacidoj, konataj kiel peptidoj, estas sufiĉe grandaj por ligi longajn pecojn de proteino dum ankoraŭ estas sufiĉe malgrandaj por eniri ĉelojn.

La Keating-laboratorio ĉe la MIT-Sekcio de Biologio laboras forte disvolvante manierojn rapide dizajni peptidojn kiuj povas interrompi protein-proteinajn interagojn implikantajn Bcl-2-proteinojn., kiuj antaŭenigas kancero-kreskon. Ilia plej lastatempa aliro utiligas komputilan programon nomitan dTERMen, evoluigita fare de Keating-laboratorio-eks-studento, Gevorg Grigoryan PhD '07, nuntempe lektoro de komputado kaj lektoro de biologiaj sciencoj kaj kemio ĉe Dartmouth College. Esploristoj simple nutras la programon siajn deziratajn strukturojn, kaj ĝi kraĉas aminoacidsekvencojn por peptidoj kapablaj interrompi specifajn protein-proteinajn interagojn.

"Ĝi estas tiel simpla aliro por uzi,” diras Keating, MIT-profesoro pri biologio kaj altranga verkinto pri la studo. “En teorio, vi povus enmeti ajnan strukturon kaj solvi sinsekvon. En nia studo, la programo elpensis novajn sinsekvajn kombinaĵojn, kiuj ne similas al io ajn trovita en la naturo - ĝi deduktis tute unikan manieron solvi la problemon.. Estas ekscite malkovri novajn teritoriojn de la sekvencouniverso."

Iama postdoktoreco Vincent Frappier kaj Justin Jenson PhD '18 estas kununuaj verkintoj en la studo, kiu aperas en la lasta numero de Strukturo.

Sama problemo, malsama aliro

Jenson, siaflanke, traktis la defion de dizajni peptidojn kiuj ligas al Bcl-2-proteinoj uzante tri apartajn alirojn.. La metodo bazita sur dTERMen, li diras, estas senkompare la plej efika kaj ĝenerala, kiun li ankoraŭ provis.

Normaj aliroj por malkovri peptidinhibitorojn ofte implikas modeligi tutajn molekulojn ĝis la fiziko kaj kemio malantaŭ individuaj atomoj kaj iliaj fortoj.. Aliaj metodoj postulas temporabajn ekranojn por la plej bonaj devigaj kandidatoj. En ambaŭ kazoj, la procezo estas peniga kaj la sukcesprocento estas malalta.

dTERMen, kontraste, necesigas nek fizikon nek eksperimentan ekzamenadon, kaj utiligas komunajn unuojn de konataj proteinstrukturoj, kiel alfa-helicoj kaj beta-fadenoj - nomitaj terciaraj strukturaj ĉeftemoj aŭ "TERMoj" - kiuj estas kompilitaj en kolektoj kiel la Proteina Datenbanko. dTERMen eltiras tiujn strukturajn elementojn de la datenbanko kaj uzas ilin por kalkuli kiuj aminoacidsekvencoj povas adopti strukturon kapablan ligi al kaj interrompi specifajn protein-proteinajn interagojn.. Necesas unu tago por konstrui la modelon, kaj nuraj sekundoj por taksi mil sekvencojn aŭ desegni novan peptidon.

"dTERMen permesas al ni trovi sekvencojn, kiuj verŝajne havas la devigajn ecojn, kiujn ni serĉas, en fortika, efika, kaj ĝenerala maniero kun alta rapideco de sukceso,”Jenson diras. "Pasintaj aliroj daŭris jarojn. Sed uzante dTERMen, ni iris de strukturoj al konfirmitaj dezajnoj en demando de semajnoj."

De la 17 peptidojn ili konstruis uzante la dezajnitajn sekvencojn, 15 ligita kun denaska simila afineco, interrompante Bcl-2 protein-proteinajn interagojn kiuj estas fifame malfacile celeblaj. Kelkfoje, iliaj dezajnoj estis surprize selektemaj kaj ligitaj al ununura Bcl-2 familiano super la aliaj. La dizajnitaj sekvencoj deviis de konataj sekvencoj trovitaj en naturo, kiu multe pliigas la nombron da eblaj peptidoj.

“Ĉi tiu metodo permesas certan nivelon de fleksebleco,” Frappier diras. "dTERMen estas pli fortika al struktura ŝanĝo, kiu permesas al ni esplori novajn specojn de strukturoj kaj diversigi nian biletujon da eblaj devigaj kandidatoj."

Sondado de la sekvencouniverso

Konsiderante la terapiajn avantaĝojn malhelpi Bcl-2-funkcion kaj malrapidigi tumoran kreskon, la Keating-laboratorio jam komencis etendi siajn dezajnkalkulojn al aliaj membroj de la Bcl-2-familio. Ili intencas eventuale evoluigi novajn proteinojn kiuj adoptas strukturojn kiuj neniam estis viditaj antaŭe.

"Ni nun vidis sufiĉe da ekzemploj de diversaj lokaj proteinstrukturoj, ke komputilaj modeloj de sekvenco-strukturaj rilatoj povas esti konkluditaj rekte el strukturaj datumoj., prefere ol devi esti retrovita ĉiufoje de atomisma interagadprincipoj,” diras Grigorian, La kreinto de dTERMen. "Estas ege ekscite, ke tia struktur-bazita inferenco funkcias kaj estas sufiĉe preciza por ebligi fortikan proteindezajnon.. Ĝi provizas fundamente malsaman ilon por helpi trakti la ŝlosilajn problemojn de struktura biologio - de proteina dezajno ĝis struktura prognozo.

Frappier esperas iam povi ekzameni la tutan homan proteomon komputile, uzante metodojn kiel dTERMen por generi kandidatojn ligajn peptidojn. Jenson sugestas, ke uzi dTERMen kombine kun pli tradiciaj aliroj al sekvencrestrukturado povus plifortigi jam potencan ilon., povigante esploristojn produkti ĉi tiujn celitajn peptidojn. Ideale, li diras, iutage disvolvi peptidojn, kiuj ligas kaj malhelpas vian plej ŝatatan proteinon, povus esti tiel facila kiel ruli komputilan programon, aŭ tiel rutina kiel desegnado de DNA-enkonduko.

Fonto: http://novaĵoj.mit.edu, de Raleigh McElvery