Kutabiri mlolongo kutoka kwa muundo

Njia moja ya kuchunguza mifumo tata ya kibaolojia ni kuzuia vijenzi vyake visiingiliane na kuona kitakachotokea. Njia hii inaruhusu watafiti kuelewa vyema michakato na kazi za seli, kuongeza majaribio ya kila siku ya maabara, vipimo vya uchunguzi, na uingiliaji wa matibabu. Matokeo yake, vitendanishi vinavyozuia mwingiliano kati ya protini vinahitajika sana. Lakini kabla ya wanasayansi kutengeneza haraka molekuli zao za kawaida zenye uwezo wa kufanya hivyo, lazima kwanza wachanganue uhusiano mgumu kati ya mfuatano na muundo.

Kiolesura cha kuunganisha kati ya peptidi na lengo lake la protini ya Bcl-2 kinaundwa na motifu za kawaida za kimuundo zinazojulikana kama TERMs.. Picha: Sebastian Swanson na Avi Singer

Molekuli ndogo zinaweza kuingia seli kwa urahisi, lakini kiolesura ambacho protini mbili hufungamana mara nyingi huwa ni kikubwa sana au hakina mashimo madogo yanayohitajika ili molekuli hizi zilenge.. Kingamwili na nanobodi hufungamana na safu ndefu za protini, ambayo inazifanya zinafaa zaidi kuzuia mwingiliano wa protini na protini, lakini ukubwa wao mkubwa na muundo tata huwafanya kuwa vigumu kutoa na kutokuwa na utulivu katika saitoplazimu. Kwa kulinganisha, safu fupi za asidi ya amino, inayojulikana kama peptidi, ni kubwa vya kutosha kuunganisha safu ndefu za protini wakati bado ni ndogo ya kutosha kuingia seli.

Maabara ya Keating katika Idara ya Biolojia ya MIT inafanya kazi kwa bidii kutengeneza njia za kuunda peptidi haraka ambazo zinaweza kuvuruga mwingiliano wa protini-protini unaohusisha protini za Bcl-2., ambayo inakuza ukuaji wa saratani. Mbinu yao ya hivi majuzi zaidi hutumia programu ya kompyuta inayoitwa dTERMen, iliyoandaliwa na mhitimu wa maabara ya Keating, Gevorg Grigoryan PhD '07, kwa sasa ni profesa msaidizi wa sayansi ya kompyuta na profesa msaidizi wa sayansi ya kibaolojia na kemia katika Chuo cha Dartmouth.. Watafiti hulisha programu tu muundo wanaotaka, na hutoa mlolongo wa asidi ya amino kwa peptidi zenye uwezo wa kuvuruga mwingiliano maalum wa protini na protini..

"Ni njia rahisi kutumia,” anasema Keating, profesa wa MIT wa biolojia na mwandishi mwandamizi kwenye utafiti huo. "Kwa nadharia, unaweza kuweka muundo wowote na kutatua kwa mlolongo. Katika somo letu, programu ilikuja na michanganyiko mipya ya mlolongo ambayo si kama kitu chochote kinachopatikana katika asili - iligundua njia ya kipekee kabisa ya kutatua tatizo.. Inafurahisha kufunua maeneo mapya ya ulimwengu wa mfuatano."

Daktari wa zamani wa posta Vincent Frappier na Justin Jenson PhD '18 ni waandishi wa kwanza kwenye utafiti huo., ambayo inaonekana katika toleo la hivi punde la Muundo.

Tatizo sawa, mbinu tofauti

Jenson, kwa upande wake, imekabiliana na changamoto ya kubuni peptidi zinazofungamana na protini za Bcl-2 kwa kutumia mbinu tatu tofauti.. Mbinu inayotokana na dTERMen, Anasema, ndio bora zaidi na ya jumla ambayo amejaribu bado.

Mbinu za kawaida za kugundua vizuizi vya peptidi mara nyingi huhusisha uundaji wa molekuli nzima hadi fizikia na kemia nyuma ya atomi za kibinafsi na nguvu zao.. Mbinu zingine zinahitaji skrini zinazotumia wakati kwa watahiniwa bora wanaowafunga. Katika visa vyote viwili, mchakato ni mgumu na kiwango cha mafanikio ni cha chini.

dTERMen, kwa kulinganisha, hauhitaji uchunguzi wa fizikia au majaribio, na huongeza vitengo vya kawaida vya miundo ya protini inayojulikana, kama vile helikopta za alpha na nyuzi za beta - zinazoitwa motifu za miundo ya hali ya juu au "TERMs" - ambazo zinakusanywa katika mikusanyo kama vile Benki ya Data ya Protini. dTERMen huchota vipengele hivi vya kimuundo kutoka kwa hifadhi ya data na kuvitumia kukokotoa ni mfuatano upi wa asidi ya amino unaweza kupitisha muundo wenye uwezo wa kufunga na kukatiza mwingiliano mahususi wa protini na protini.. Inachukua siku moja kuunda mfano, na sekunde chache za kutathmini mifuatano elfu moja au kubuni peptidi mpya.

"dTERMen huturuhusu kupata mlolongo ambao unaweza kuwa na sifa za kisheria tunazotafuta, kwa nguvu, ufanisi, na namna ya jumla yenye kiwango cha juu cha mafanikio,” Jenson anasema. "Njia za zamani zimechukua miaka. Lakini kwa kutumia dTERMen, tulitoka kwa miundo hadi miundo iliyoidhinishwa katika muda wa wiki.

Ya 17 peptidi walizojenga kwa kutumia mifuatano iliyoundwa, 15 amefungwa na mshikamano wa asili, kuvuruga mwingiliano wa protini na protini wa Bcl-2 ambao ni mgumu sana kulenga. Katika baadhi ya kesi, miundo yao ilikuwa ya kuchagua kwa kushangaza na imefungwa kwa mwanafamilia mmoja wa Bcl-2 juu ya wengine. Mifuatano iliyoundwa ilipotoka kutoka kwa mfuatano unaojulikana unaopatikana katika asili, ambayo huongeza sana idadi ya peptidi zinazowezekana.

"Njia hii inaruhusu kiwango fulani cha kubadilika,” Frappier anasema. "dTERMen ni thabiti zaidi kwa mabadiliko ya muundo, ambayo huturuhusu kuchunguza aina mpya za miundo na kubadilisha mseto kwingineko yetu ya wagombeaji wanaowezekana."

Kuchunguza ulimwengu wa mlolongo

Kwa kuzingatia faida za matibabu za kuzuia kazi ya Bcl-2 na kupunguza kasi ya ukuaji wa tumor, maabara ya Keating tayari imeanza kupanua hesabu zao za muundo kwa washiriki wengine wa familia ya Bcl-2.. Wanakusudia hatimaye kuendeleza protini mpya zinazopitisha miundo ambayo haijawahi kuonekana hapo awali.

"Sasa tumeona mifano ya kutosha ya miundo mbalimbali ya protini ya ndani ambayo mifano ya hesabu ya uhusiano wa muundo-mfuatano inaweza kuzingatiwa moja kwa moja kutoka kwa data ya kimuundo., badala ya kulazimika kugunduliwa upya kila wakati kutoka kwa kanuni za mwingiliano wa atomi,” anasema Grigoryan, Muundaji wa dTERMen. "Inafurahisha sana kwamba uelekezaji wa msingi wa muundo hufanya kazi na ni sahihi vya kutosha kuwezesha muundo thabiti wa protini.. Inatoa zana tofauti kimsingi kusaidia kushughulikia shida kuu za biolojia ya muundo - kutoka kwa muundo wa protini hadi utabiri wa muundo.

Frappier anatumai siku moja kuwa na uwezo wa kukagua proteome nzima ya binadamu kwa hesabu, kwa kutumia mbinu kama vile dTERMen kutengeneza peptidi zinazomfunga mgombea. Jenson anapendekeza kuwa kutumia dTERMen pamoja na mbinu za kitamaduni zaidi za kupanga upya mpangilio kunaweza kukuza chombo chenye nguvu tayari., kuwawezesha watafiti kuzalisha peptidi hizi zinazolengwa. Kimsingi, Anasema, siku moja kutengeneza peptidi zinazofunga na kuzuia protini uipendayo inaweza kuwa rahisi kama kuendesha programu ya kompyuta, au kama kawaida kama kubuni kitangulizi cha DNA.

Chanzo: http://na probiotic tunayotumia imeidhinishwa pia, na Raleigh McElvery