Protéines SAGESSE: un plan de travail pour In silico De novo Conception de biomolécules

Summary

Nous avons développé des méthodes de conception de protéines computationnelles de novo capables de s’attaquer à plusieurs domaines importants de la conception de protéines. Pour diffuser ces méthodes, nous présentons Protein WISDOM, un outil en ligne pour la conception de protéines (http://www.proteinwisdom.org). À partir d’un modèle structurel, il est possible de concevoir des protéines monomères pour une stabilité accrue et des complexes pour une affinité de liaison accrue.

Abstract

Le but de la conception des protéines de novo est de trouver les séquences d'acides aminés qui se replier dans une structure trois dimensions souhaitée avec améliorations des propriétés spécifiques, telles que l'affinité de liaison, un agoniste ou un comportement antagoniste, ou la stabilité, par rapport à la séquence native. la conception des protéines se trouve au centre de la conception de médicaments des progrès actuels et de la découverte. Non seulement la conception des protéines ne fournit prédictions pour cibles des médicaments potentiellement utiles, mais il améliore aussi notre compréhension du processus de repliement des protéines et des interactions protéine-protéine. Méthodes expérimentales telles que l'évolution dirigée ont connu le succès dans la conception des protéines. Toutefois, ces méthodes sont limitées par l'espace de séquence limitée qui peut être consulté docilement. En revanche, les stratégies de conception informatiques permettent la projection d'un ensemble beaucoup plus vaste de séquences couvrant une grande variété de propriétés et fonctionnalités. Nous avons développé une gamme de calcul de novo de protéines conception méthods capables de s'attaquer à plusieurs secteurs importants de la conception des protéines. Ceux-ci comprennent la conception de protéines monomères pour une meilleure stabilité et complexes pour une meilleure affinité de liaison.

Pour diffuser ces méthodes pour utiliser plus large, nous présentons SAGESSE de protéines ( http://www.proteinwisdom.org ), un outil qui fournit des méthodes automatisées pour une variété de problèmes de conception de protéines. Modèles structurels sont soumis à initialiser le processus de conception. La première phase de conception est une étape de sélection de la séquence d'optimisation qui vise à améliorer la stabilité grâce à la minimisation de l'énergie potentielle dans l'espace de séquence. Séquences sélectionnées sont alors soumis à une étape de spécificité de pliage et un étage d'affinité de liaison. Une liste de classement ordonné des séquences pour chaque étape du procédé, ainsi que les structures destinées pertinentes, fournit à l'utilisateur une évaluation quantitative complète de la conception. Ici, nous fournissons les détails of chaque méthode de conception, ainsi que plusieurs succès notables expérimentaux obtenus grâce à l'utilisation de ces méthodes.

Introduction

La conception de protéines de novo est l’identification de séquences protéiques qui produiront une structure tertiaire souhaitée avec des propriétés ou une fonction améliorées. Étant donné que le repliement natif d’une protéine est la conformation qui se situe au minimum d’énergie libre, la conception de protéines de novo recherche des séquences qui auront un minimum d’énergie libre dans le pli cible. Ce problème a été décrit pour la première fois par Drexler¹ et Pabo² et a été appelé le « problème de repliement inverse ». Cependant, contrairement au problème de repliement des protéines, où une séquence ne peut produire qu’une ....

Protocol

Method Vue d’ensemble

Le cadre de conception de novo utilisé dans Protein WISDOM se compose de deux étapes. La première étape produit une liste ordonnée de séquences d’acides aminés qui se replieront dans une structure de matrice donnée. La deuxième étape a validé ces séquences en calculant soit la spécificité de pli, soit l’affinité de liaison approximative, soit les deux. Le premier est principalement utilisé lorsque la conception est d’une seule protéine, tandis que le second est utilisé lorsque la conception est d’un complexe (un peptide se liant à une protéine cible). La figure 1 donne un aperçu des étapes du cad....

Results

Conception de novo des inhibiteurs d’entrée pour le VIH-1

Le cadre de conception de novo mis en œuvre dans Protein WISDOM a été utilisé pour la conception de peptides inhibiteurs pour plusieurs systèmes thérapeutiques importants (Tableaux 1 et 2). Un système à noter est la conception de peptides pour inhiber l’entrée du VIH-1 dans le récepteur CD4 de la cellule hôte, qui est ici utilisé comme système représentatif pour démontrer l’utilisation pratique de l’inter.......

Discussion

Le cadre de conception de protéines de novo se compose de deux étapes, une étape de sélection de séquence et une étape de validation. Le cadre est suffisamment robuste pour gérer des modèles de conception rigides et flexibles, et peut être appliqué à la conception de protéines uniques ou à la conception de protéines complexes. Le cadre a été appliqué avec succès à de nombreux systèmes protéiques avec des applications à des dizaines de maladies. Un certain nombre de conceptions ont été validées expérimentalement,.......