Computergestützte Vorhersage der Aminosäurepräferenzen potenziell multispezifischer Peptidbindungsdomänen, die an Protein-Protein-Wechselwirkungen beteiligt sind

Zusammenfassung

Wir beschreiben eine auf Sequenzdiversifikation basierende Methodik zur Abschätzung der Aminosäurepräferenzen multispezifischer Bindungsstellen in Protein-Protein-Wechselwirkungen (PPIs). Bei dieser Strategie werden Tausende von potentiellen Peptidliganden erzeugt und in silico gescreent, wodurch einige Einschränkungen der verfügbaren experimentellen Methoden überwunden werden.

Zusammenfassung

Viele Protein-Protein-Wechselwirkungen beinhalten die Bindung kurzer Proteinsegmente an Peptidbindungsdomänen. In der Regel erfordern solche Wechselwirkungen das Erkennen linearer Motive mit variabler Konservierung. Die Kombination von hochkonservierten und variableren Regionen in denselben Liganden trägt oft zur Multispezifität der Bindung bei, eine gemeinsame Eigenschaft von Enzymen und zellulären Signalproteinen. Die Charakterisierung der Aminosäurepräferenzen von Peptidbindungsdomänen ist wichtig für das Design von Mediatoren von Protein-Protein-Wechselwirkungen (PPIs). Computergestützte Methoden sind eine effiziente Alternative zu den oft kostspieligen und umständlichen experimentellen Techniken und ermöglichen das Design potenzieller Mediatoren, die später in nachgelagerten Experimenten validiert werden können. In dieser Arbeit haben wir eine Methodik beschrieben, die die Pepspec-Anwendung des molekularen Modellierungspakets von Rosetta verwendet, um die Aminosäurepräferenzen von Peptidbindungsdomänen vorherzusagen. Diese Methode ist nützlich, wenn sowohl die Struktur des Rezeptorproteins als auch die Art des Peptidliganden bekannt sind oder abgeleitet werden können. Die Methodik beginnt mit einem gut charakterisierten Anker aus dem Liganden, der durch zufällige Zugabe von Aminosäureresten erweitert wird. Die Bindungsaffinität der auf diese Weise erzeugten Peptide wird dann durch flexibles Rückgrat-Peptid-Docking bewertet, um die Peptide mit den besten vorhergesagten Bindungswerten auszuwählen. Diese Peptide werden dann zur Berechnung von Aminosäurepräferenzen und optional zur Berechnung einer Positionsgewichtsmatrix (PWM) verwendet, die in weiteren Studien verwendet werden kann. Um die Anwendung dieser Methodik zu veranschaulichen, verwendeten wir die Interaktion zwischen Untereinheiten des humanen Interferon-Regulationsfaktors 5 (IRF5), von dem bisher bekannt war, dass er multispezifisch ist, aber global von einem kurzen konservierten Motiv namens pLxIS geleitet wird. Die geschätzten Aminosäurepräferenzen stimmten mit den bisherigen Erkenntnissen über die IRF5-Bindungsoberfläche überein. Positionen, die von phosphorylierbaren Serinresten eingenommen wurden, wiesen eine hohe Häufigkeit von Aspartat und Glutamat auf, wahrscheinlich weil ihre negativ geladenen Seitenketten denen von Phosphoserin ähneln.

Einleitung

Die Interaktion zwischen zwei Proteinen beinhaltet oft die Bindung kurzer Segmente von Aminosäuren an Peptid-Bindungsdomänen, die Protein-Peptid-Grenzflächen ähneln. Rezeptorproteine, die an solchen Protein-Protein-Wechselwirkungen (PPI) beteiligt sind, haben oft die Fähigkeit, einen bestimmten Satz überlappender, aber divergierender Ligandensequenzen zu erkennen, eine Eigenschaft, die als Multispezifität bekannt ist ^1,2. Die multispezifische Erkennung ist ein Merkmal vieler zellulärer Proteine, aber besonders bemerkenswert ist sie bei Enzymen und zellulären Signalproteinen³. Proteine, ....

Protokoll

1. Erste Vorbereitung der Protein-Peptid-Grenzfläche

1. Herunterladen der Struktur des Protein-Protein-Komplexes
   1. Navigieren Sie zur Homepage der Protein Data Bank (PDB) (https://www.rcsb.org/) und geben Sie die PDB-ID für die Struktur des Protein-Protein-Komplexes in das Hauptsuchfeld ein (Abbildung 2A). Die PDB-ID für die Struktur des IRF5-Dimers, die in dieser Arbeit als Beispiel verwendet wird, ist 3DSH¹⁹.
   2. Klicken Sie auf der Hauptseite für die gewünschte Struktur auf Download Files (Abbildung 2B) und dann auf Biolog....

Ergebnisse

In diesem Artikel haben wir ein Protokoll zur Vorhersage der Aminosäurepräferenzen der Bindungsoberfläche von IRF5 beschrieben, einem Mitglied einer Familie von Transkriptionsfaktoren, die als humane Interferon-Regulationsfaktoren bekannt sind. Diese Proteine sind Regulatoren der angeborenen und adaptiven Immunantwort und beteiligen sich an der Differenzierung und Aktivierung mehrerer Immunzellen. IRF-Untereinheiten weisen hochplastische und multispezifische Bindungsoberflächen auf und sind in der Lage, Homodimere, Heter.......

Diskussion

Der vorliegende Artikel beschreibt ein Protokoll zur Abschätzung der Aminosäurepräferenzen potentiell multispezifischer Bindungsstellen auf der Grundlage einer in silico Sequenzdiversifikation. Es wurden nur wenige computergestützte Werkzeuge entwickelt, um die Aminosäurepräferenzen von Protein-Peptid-Grenzflächen abzuschätzen 14,25,26. Diese Tools haben einen prädiktiven Charakter, unterscheide.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
BUDE Alanine Scan Server	University of Edinburgh	https://pragmaticproteindesign.bio.ed.ac.uk/balas/	doi: 10.1021/acschembio.9b00560
Rosetta Modeling Software	Rosetta Commons	https://www.rosettacommons.org/software	doi: 10.1002/prot.22851
UCSF Chimera	University of California San Francisco	https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/	doi: 10.1002/ JCC.20084