פיתחנו שיטות עיצוב חלבון דה נובו חישוביות המסוגלות להתמודד עם מספר תחומים חשובים של עיצוב חלבונים. כדי להפיץ את השיטות הללו אנו מציגים את Protein WISDOM, כלי מקוון לתכנון חלבונים (http://www.proteinwisdom.org). החל מתבנית מבנית, ניתן לבצע תכנון של חלבונים מונומרים ליציבות מוגברת וקומפלקסים לזיקה קשירה מוגברת.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
במאמר זה
סיכום
תקציר
המטרה של עיצוב חלבון נובו דה היא למצוא את רצף החומצות האמינו שיהיה לקפל לתוך מבנה 3 ממדים רצוי עם שיפורים במאפיינים ספציפיים, כגון זיקה מחייבת, אגוניסט אנטגוניסט או בהתנהגות, או יציבות, ביחס לרצף המקורי. עיצוב חלבון נמצא במרכזו של תכנון תרופות התקדמות הנוכחי וגילוי. לא רק שעיצוב חלבון מספק תחזיות למטרות תרופה פוטנציאליות טוב, אבל זה גם משפר את ההבנה של תהליך קיפול החלבונים וחלבוני האינטראקציות שלנו. שיטות ניסיוניות, כגון אבולוציה מכוונת הראו הצלחה בעיצוב חלבון. עם זאת, שיטות כאלה מוגבלות על ידי מרחב הרצף המוגבל שניתן לחפש tractably. בניגוד לכך, אסטרטגיות עיצוב חישוביים לאפשר הקרנה של קבוצה הרבה יותר גדולה של רצפים המכסים מגוון רחב של תכונות ופונקציונליות. יש לנו פיתחה מגוון רחב של חישובית דה נובו חלבון העיצוב methoDS מסוגל להתמודדות עם מספר תחומים חשובים של עיצוב חלבון. אלה כוללים את העיצוב של חלבוני monomeric ליציבות ומתחמים מוגבר לזיקה מחייבת מוגברת.
כדי להפיץ את השיטות האלה לרחבים יותר להשתמש בחוכמה אנו מציגים חלבון (http://www.proteinwisdom.org), כלי שמספק בשיטות אוטומטיות למגוון רחב של בעיות עיצוב חלבון. תבניות מבניות מוגשים כדי לאתחל את תהליך העיצוב. השלב הראשון של תכנון הוא שלב בחירת רצף אופטימיזציה שמטרתה לשפר את יציבות באמצעות מזעור של אנרגיה פוטנציאלית במרחב הרצף. רצפים נבחרים לאחר מכן מנוהלים באמצעות שלב סגוליות קיפול ושלב זיקה מחייב. רשימת הדירוג של-מסודרת של הרצפים לכל שלב של התהליך, יחד עם מבנים המיועדים רלוונטיים, מספקת את המשתמש עם הערכה כמותית מקיפה של העיצוב. כאן אנו מספקים את הפרטים OF כל שיטת תכנון, כמו גם כמה הצלחות ניסיוניות בולטות שהושגו באמצעות השימוש בשיטות.
מבוא
עיצוב חלבון דה נובו הוא זיהוי רצפי חלבונים שיניבו מבנה שלישוני רצוי עם תכונות או תפקוד משופרים. מכיוון שהקפל המקורי של חלבון הוא הקונפורמציה שנמצאת במינימום האנרגיה החופשית, תכנון חלבון דה נובו מחפש רצפים שיהיו להם מינימום אנרגיה חופשית בקפל המטרה. בעיה זו תוארה לראשונה על ידי דרקסלר1 ופאבו2 וכונתה "בעיית הקיפול ההפוך". עם זאת, בניגוד לבעיית קיפול החלבון, שבה רצף יכול להניב רק פתרון מבנה מקופל אחד, בעיית תכנון החלבון דה נובו מציגה ניוון. רצפי חומצות אמינו רבים ושונים יכולים להניב את אותו מבנה ותפקוד שלישוני.
בעוד שתכנון חלבונים בוצע באופן מסורתי באופן ניסיוני באמצעות תכנון רציונלי ואבולוציה מ....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
סקירת השיטה
מסגרת התכנון מסוג de novo המשמשת ב-Protein WISDOM מורכבת משני שלבים. השלב הראשון מייצר רשימה מדורגת של רצפי חומצותי Aminocids שיתקפלו למבנה תבנית נתון. השלב השני מתקף רצפים אלו באמצעות חישוב של ספציפיות קיפול, זיקה קישורית מקורבת, או שניהם. הראשונה משמשת בעיקר כאשר התכנון הוא של חלבון בודד, בעוד שהשנייה משמשת כאשר התכנון הוא של קומפלקס (פפטיד הנקשר לחלבון מטרה). איור 1 מספק סקירה כללית של השלבים המעורבים במסגרת זו.
קלטי תכנון: מספר קלטים צריכים להיות מוגדרים עבור מסגרת התכנון של חלבונים de novo. הראשון הוא תבנית התכנון. זוהי מבנה חלבון תלת-ממדי....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
De Novo תכנון של מעכבי כניסה עבור HIV-1
מסגרת התכנון מסוג de novo המיושמת ב-Protein WISDOM שימשה לתכנון פפטידים מעכבים עבור מספר מערכות טיפוליות חשובות (טבלאות 1 ו-2). מערכת בולטת אחת היא תכנון פפטידים לעכוב את כניסת HIV-1 לקולטן CD4 של תא המארח, המשמשת כאן כמערכת מייצגת להדגמת השימוש המעשי בממשק של Protein WISDOM. הפפטידים תוכננו כדי להתמקד ביחידה התת-ממברנלית gp41, המשמשת כחלק מרכזי באיחוי ובכניסה של HIV-1 לתאי T מסייעים של המארח. שימו לב שהתוצאות לא יהיו בהכר.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
מסגרת תכנון החלבון דה נובו מורכבת משני שלבים, שלב בחירת רצף ושלב אימות. המסגרת חזקה מספיק כדי להתמודד עם תבניות עיצוב קשיחות וגמישות, וניתן ליישם אותה על עיצוב חלבון יחיד או עיצוב חלבון מורכב. המסגרת יושמה בהצלחה על מערכות חלבון רבות עם יישומים לעשרות מחלות. מספר עיצובים אומתו בניסוי, ומספקים את המעכבים או האגוניסטים החזקים ביותר של כמה חלבונים שהתגלו עד כה. מסגרת זו זמינה כעת לקהילה האקדמית באמצעות Protein WISDOM.
ישנם שלושה שלבים קריטיים בשיטה. הראשון הוא שלב בחירת הרצף, המשתמש בטכנ.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
תודות
CAF מודה בהכרת תודה על תמיכתם של NSF, NIH (R01 GM52032; R24 GM069 736), והסוכנות להגנת הסביבה של ארה"ב, EPA (R 832721-010). חלק ממחקר זה התאפשר בתמיכת הממשלה על ידי משרד ההגנה, משרד המחקר המדעי של חיל האוויר. JS מודה בהכרת תודה על תמיכת ה-NIH (P50GM071508-06). MLBP מודה בהכרת תודה על תמיכתה במלגת בוגרי מדע והנדסה להגנה לאומית (NDSEG), 32 CFR 168a. GAK מודה בהכרת תודה על התמיכה ממלגת מחקר לתארים מתקדמים של הקרן הלאומית למדע תחת מספר מענק DGE-1148900.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מקורות
- Drexler, K. Molecular engineering: An approach to the development of general capabilities for molecular manipulation. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 78, 5275-5278 (1981).
- Pabo, C. Molecular technology: Designing proteins and peptides. Nature....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
