SABIDURÍA Proteína: Un banco de trabajo para<em&gt; En silico</em&gt;<em&gt; De novo</em&gt; Diseño de biomoléculas

Resumen

Desarrollamos métodos computacionales de diseño de proteínas de novo capaces de abordar varias áreas importantes del diseño de proteínas. Para difundir estos métodos presentamos Protein WISDOM, una herramienta en línea para el diseño de proteínas (http://www.proteinwisdom.org). A partir de un molde estructural, se puede realizar el diseño de proteínas monoméricas para aumentar la estabilidad y complejos para aumentar la afinidad de unión.

Resumen

El objetivo de diseño de novo de proteínas es para encontrar las secuencias de aminoácidos que se pliegan en una estructura 3-dimensional deseada con mejoras en las propiedades específicas, tales como la afinidad de unión, agonista o antagonista del comportamiento, o la estabilidad, con relación a la secuencia nativa. Diseño proteína se encuentra en el centro de diseño de fármacos actuales avances y descubrimientos. No sólo el diseño de proteínas proporcionar predicciones para dianas de fármacos potencialmente útiles, sino que también mejora nuestra comprensión del proceso de plegamiento de proteínas y las interacciones proteína-proteína. Los métodos experimentales como la evolución dirigida han tenido éxito en el diseño de proteínas. Sin embargo, estos métodos están limitados por el escaso espacio de secuencias que se pueden buscar tractably. En contraste, el diseño de estrategias computacionales permiten la proyección de un conjunto mucho mayor de secuencias que cubren una amplia variedad de propiedades y la funcionalidad. Hemos desarrollado una gama de cálculo de novo de proteínas diseño methods capaces de hacer frente a varias áreas importantes de diseño de proteínas. Estos incluyen el diseño de proteínas monoméricas para aumentar la estabilidad y complejos para el aumento de la afinidad de unión.

Para difundir estos métodos de amplio uso que presentamos SABIDURÍA Protein ( http://www.proteinwisdom.org ), una herramienta que proporciona métodos automatizados para una variedad de problemas de diseño de proteínas. Plantillas estructurales se presentan al iniciar el proceso de diseño. La primera etapa de diseño es una optimización de secuencia de fase de selección que tiene como objetivo mejorar la estabilidad a través de la minimización de la energía potencial en el espacio de secuencia. Secuencias seleccionadas se ejecutan a continuación, a través de una etapa de especificidad veces y una etapa de afinidad de unión. Una lista ordenada por rango de las secuencias para cada paso del proceso, junto con estructuras diseñadas pertinentes, proporciona al usuario con una valoración cuantitativa completa del diseño. Aquí le proporcionamos los detalles of cada método de diseño, así como varios éxitos notables experimentales obtenidos mediante el uso de los métodos.

Introducción

El diseño de proteínas de novo es la identificación de secuencias de proteínas que producirán una estructura terciaria deseada con propiedades o funciones mejoradas. Dado que el pliegue nativo de una proteína es la conformación que se encuentra en el mínimo de energía libre, el diseño de proteínas de novo busca secuencias que tengan un mínimo de energía libre en el pliegue objetivo. Este problema fue descrito por primera vez por Drexler¹ y Pabo² y se denominó el "problema del plegamiento inverso". Sin embargo, a diferencia del problema del plegamiento de proteínas, donde una secuencia puede producir solo una solución de estructu....

Protocolo

Resumen del método

El marco de diseño de novo utilizado en Protein WISDOM consta de dos etapas. La primera etapa genera una lista ordenada de secuencias de aminoácidos que se pliegan en una estructura molde dada. La segunda etapa valida estas secuencias mediante el cálculo de la especificidad de plegamiento o de la afinidad de unión aproximada, o de ambas. La primera se utiliza principalmente cuando el diseño corresponde a una sola proteína, mientras que la segunda se emplea cuando el diseño corresponde a un complejo (un péptido que se une a una proteína diana). Figura 1 muestra una visión general de los pasos involuc....

Resultados

Diseño De Novo de Inhibidores de Entrada para el VIH-1

El marco de diseño de novo implementado en Protein WISDOM se ha utilizado para el diseño de péptidos inhibidores en varios sistemas terapéuticos importantes (Tablas 1 y 2). Un sistema destacado es el diseño de péptidos para inhibir la entrada del VIH-1 al receptor celular huésped CD4, que aquí se utiliza como un sistema representativo para demostrar el uso práctico de la interfaz de Protein WISDOM. Los pépti.......

Discusión

El marco de diseño de proteínas de novo consta de dos etapas, una etapa de selección de secuencia y una etapa de validación. El marco es lo suficientemente robusto como para manejar plantillas de diseño rígidas y flexibles, y se puede aplicar al diseño de una sola proteína o al diseño de proteínas complejas. El marco se ha aplicado con éxito a numerosos sistemas de proteínas con aplicaciones a docenas de enfermedades. Varios de los diseños han sido validados experimentalmente, proporcionando los inhibidores o ag.......