Name: חוכמת חלבון: Workbench ל בסיליקון דה נובו עיצוב של ביומולקולות (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 58 s
Description: למד עיצוב חלבונים חישובי באמצעות כלי Protein WISDOM לשיפור יציבות ואפיניות קישור. שיטה זו מאפשרת למחקרים לפתח חלבונים מונומריים וקומפלקסים ליישומים ביוטכנולוגיים ורפואיים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.

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...

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 מכוונת, שיטות חישוביות שימשו לאחרונה כדי להתגבר על מרחב החיפוש המוגבל הטמון בשיטות ניסוי. נעשה שימוש במגוון שיטות חישוביות, כולל שיטות דטרמיניסטיות, שיטות סטוכסטיות ושיטות הסתברותיות. 3,4 שיטות חישוביות מוקדמות השתמשו בתבניות עמוד שדרה קבועות כדי להקל על פתרון הבעיה. 5-7 עם הופעתם של מעבדים מהירים יותר, מחשוב בעל ביצועים עיליים ואלגוריתמים יעילים יותר, גמישות עמוד השדרה שולבה על ידי שימוש באנסמבל של תבניות עמוד שדרה קבועות8-14 או על ידי שילוב גמישות עמוד שדרה אמיתית על ידי ביטוי התבנית במונחים של טווחים של מרחקים מאטום לאטום וזוויות דיהדרליות. 15,16
מאמר זה מתאר בפירוט את Protein WISDOM, כלי מקוון שהפך לזמין לקהילה האקדמית כדי להשתמש במסגרת עיצוב החלבון החישובי דה נובו שלנו. מסגרת זו יושמה על תכנון חלבונים רבים, לשימוש טיפולי המכוון למחלות כגון HIV, סרטן, מחלות משלימות והפרעות אוטואימוניות אחרות. רבים מהפפטידים החזויים אומתו בניסוי, מה שמדגים את כוחה של השיטה. טבלה 1 מספקת סיכום של החלבונים השונים שתוכננו, כולל גודל החלבון או הפפטיד, מספר התחזיות ואימות ניסיוני.
<גבול טבלה="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>עיצוב חלבון</td>
			<td>אורך החלבון</td>
			<td># של תחזיות חישוביות</td>
			<td># של ולידציות ניסיוניות</td>
			<td>הפניה</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>עיצוב רצף מלא של בטא-דפנסין-2 אנושי</td>
			<td>41</td>
			<td>340</td>
			<td> </td>
			<td>(17)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>מעכבי קומפסטטין של C3 אנושי</td>
			<td>13</td>
			<td>28</td>
			<td>3/3</td>
			<td>(18, 19)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>אנלוגים של קומפסטין הנקשרים לחולדה C3c</td>
			<td>13</td>
			<td>5</td>
			<td> </td>
			<td>(20)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>אנלוגים של קומפסטטין עם סיומת די-סרין</td>
			<td>15</td>
			<td>8</td>
			<td> </td>
			<td> </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>מבנה מייצב של אנלוגי קומפסטטין W4A9</td>
			<td>13</td>
			<td>18</td>
			<td> </td>
			<td> </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>אגוניסטים ואנטגוניסטים של קולטן C3a</td>
			<td>77</td>
			<td>20</td>
			<td>4/7</td>
			<td>(21)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>אגוניסטים ואנטגוניסטים לקולטן C5a</td>
			<td>74</td>
			<td>61</td>
			<td>2/61</td>
			<td> </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>מעכבי HIV-1 gp14</td>
			<td>12</td>
			<td>6</td>
			<td>4/5</td>
			<td>(22)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>מעכבי HIV-1 gp120</td>
			<td>9</td>
			<td>14</td>
			<td> </td>
			<td> </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>מעכבי Bak של Bcl-x L ו-Bcl-2</td>
			<td>16-18</td>
			<td>10</td>
			<td>5/5</td>
			<td>(23)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>מעכבי ERK2</td>
			<td>11</td>
			<td>25</td>
			<td> </td>
			<td> </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>מעכבי EZH2</td>
			<td>21</td>
			<td>17</td>
			<td>10/10</td>
			<td>(24)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>מעכבי LSD1 ו-LSD2</td>
			<td>16</td>
			<td>41</td>
			<td>17/20</td>
			<td> </td>
		</tr>
		<tr>
			<td>מעכבי HLA-DR1</td>
			<td>13</td>
			<td>6</td>
			<td> </td>
			<td>(25)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>מעכבי PNP</td>
			<td>5</td>
			<td>13</td>
			<td> </td>
			<td> </td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
טבלה 1. סיכום של חלבונים ופפטידים מעוצבים באמצעות מסגרת עיצוב החלבון דה נובו. # התחזיות החישוביות מוצג כמספר התחזיות החיוביות (כלומר ספציפיות קיפול מעל חתך מסוים או זיקות קשירה משוערות גדולות מהרצף המקורי). # האימות הניסיוני נותן שני מספרים: הראשון הוא מספר התחזיות שאומתו בניסוי ואילו השני הוא המספר הכולל של התחזיות שנבדקו בניסוי.
תכנון של אדם-בטא-דפנסין-2 (hβD-2) בוצע כדי לשפר את התכונה האנטי-מיקרוביאלית של הפפטיד. 17 עבור תכנון זה, שקלנו שני מקרים: 1) עד 10 מוטציות לאורך hβD-2 ו-2) תכנון רצף מלא של כל מיקומי שאריות hβD-2 למעט הציסטאין (8, 15, 20, 30, 37 ו-38). שלוש תבניות עיצוב שונות ושלושה מודלים שונים לבחירת רצפים שימשו בעיצוב. רמות גבוהות של דמיון במוטציות נצפו בין מודלים של ממוצע משוקלל וסל מרחק הן עבור עיצוב 10 המוטציות והן עבור עיצוב הרצף המלא. בנוסף, נמצא כי למספר רב של רצפים יש ערכי ספציפיות קיפול מחושבים חיוביים יותר מאשר הרצף המקורי.
מעכבי מערכת המשלים (של C3, C3a ו-C5a) תוכננו להילחם במספר מחלות חיסוניות כגון שבץ מוחי, התקף לב, מחלת אלצהיימר, אסטמה, דלקת מפרקים שגרונית, דחיית השתלת זרים, מחלות נשימה במבוגרים, פסוריאזיס ומחלת קרוהן. שלושה מעכבי קומפסטטין של C3c שנחזו על ידי מסגרת תכנון החלבון בתוספת שלושה רצפים שתוכננו באופן רציונלי אומתו בניסוי כקושרים טובים יותר מהקומפסטין המקורי. 18,19
מחקרים נוספים בחנו את אובדן הפעילות של קומסטטין כנגד C3c שאינו פרימט ותכננו מספר מעכבי C3c מועמדים לחולדות ועכברים. חמישה רצפים הוכחו כבעלי אנרגיות חופשיות יותר עם C3c של חולדות מאשר מוטנט הקומפסטין W4A9 הידוע כמעכב C3c. זאת בשל היווצרות גשר מלח חדש על ידי Arg1. 20 שמונה רצפים עם סיומת N-terminal נחזו להיות קלסרים טובים יותר מ-W4A9 עם סיומת di-Serine. לבסוף, 18 רצפי קומפסטטין נחזו לייצב את הקונפורמציה הקשורה של W4A9, ולספק מועמדים חזקים למעכבי C3c פרימטים ולא פרימטים.
בנוסף למעכבי C3c, אגוניסטים ואנטגוניסטים של קולטני C3a ו-C5a תוכננו על בסיס המבנים של C3a ו-C5a. שבעה רצפי C3a שנחזו על ידי המודל נבדקו בניסוי. שניים מהרצפים היו אגוניסטים חזקים בעוד ששניים אחרים היו אגוניסטים חלקיים. 21 שני האגוניסטים החזקים הראו שיפור של פי 58 לעומת "סופראגוניסט" שהתגלה בעבר. העיצוב של אגוניסטים ואנטגוניסטים לקולטן C5a סיפק קבוצה של 61 רצפים. כל הרצפים סונתזו ושניים נמצאו כאגוניסטים חדשים של C5a.
מעכבי היתוך של HIV-1, הנגיף הגורם לאיידס, תוכננו למנוע מ-HIV-1 להדביק תאים. העיצוב הראשון התמקד ב-gp41, גליקופרוטאין מעטפת של HIV-1. מסגרת תכנון החלבון ניבאה שישה רצפים שהיו קושרים טובים יותר מהרצף המקורי. ארבעה מהרצפים החזויים הללו אומתו בניסוי כמעכבים HIV-1 כאשר הרצף הטוב ביותר היה בעל IC50 נמוך עד 29 מיקרומטר. רצף זה הראה שיפור של פי 3-15 לעומת הרצף המקורי ולא היה לו אובדן פעילות נגד זן וירוס עמיד ל-Enfuvirtide. 22 העיצוב השני התמקד ב-gp120, גליקופרוטאין מעטפת נוסף של HIV-1. ארבעה עשר רצפים נחזו להיות קושרים של gp120 ולספק מעכבי היתוך פוטנציאליים נוספים של HIV-1.
חלבונים רבים הקשורים לסרטן סיפקו מטרות מבטיחות לטיפולים בסרטן. Bcl-2 ו-Bcl-xL הם חלבונים אנטי-אפופטוטיים המונעים מוות של תאים. מעכבים של שני חלבונים אלה נועדו לגרום למוות של תאים בתאים סרטניים. עשרה רצפים נחזו להיות קושרים טובים יותר מהילידים, ותוצאות אלה תפסו תוצאות ניסויים ומוטגנזה קודמות. 23 חלבון מטרה נוסף, ERK2, מעורב במפלי העברת אותות שהופכים אותו למטרה מבטיחה לטיפולים אנטי-פרוליפרטיביים לסרטן. עשרים וחמישה רצפים נחזו כמעכבים של ERK2.
Histone methyltransferases ו-demethylases שולטים באופן דינמי במתילציה של היסטון, אשר נקשרה לסוגי סרטן רבים כולל ערמונית, שד, לימפומה, מיאלומה, שלפוחית השתן, המעי הגס, העור, הכבד, רירית הרחם, הריאות והקיבה. מסגרת תכנון החלבון דה נובו זיהתה 17 מעכבים של EZH2 (ליזין מתילטרנספראז) ומתוך עשרה שנבדקו בניסוי, כולם נמצאו כמעכבים EZH2. 24 לפפטיד החזק ביותר היה IC50 של כ-13 מיקרומטר, היה יעיל באותה מידה עם ריכוזי אנזימים גבוהים, ולא התחרה בקופקטור. פפטידים אלה היו הקבוצה הראשונה של מעכבי EZH2. 53 מעכבים של LSD1 (דמתילאז) נחזו על ידי המסגרת ומתוך 20 שנבדקו בניסוי, 17 היו מעכבים של LSD1 ו-18 היו מעכבים של LSD2. למעכבים הטובים ביותר היו ערכי IC50 מתחת ל-1 מיקרומטר, מה שהופך אותם למעכבים הפפטידיים החזקים ביותר שהתגלו עד כה.
שתי מערכות החלבון האחרונות סיפקו מטרות לטיפול במחלות אוטואימוניות שונות כגון מחלת צליאק, סוכרת מסוג 1, זאבת אדמנתית מערכתית, תסמונת סיוגרן, תסמונת צ'ורג-שטראוס, בלוטת התריס של השימוטו, מחלת גרייבס, פורפורה טרומבוציטופנית אידיופטית, דלקת מפרקים שגרונית ואלרגיות. אף אחד מהמעכבים הפוטנציאליים הללו לא אומת בניסוי, אולם המסגרת חזתה שישה רצפים הנקשרים ל-HLA-DR1 ו-13 רצפים הנקשרים ל-PNP.
טבלה 2 מסכמת מעכבים ואגוניסטים מאומתים בניסוי שנחזו באמצעות מסגרת תכנון החלבון דה נובו. מדד הזיקה המשוער שימש לחיזוי תשעה מהרצפים (מעכבים של C3c אנושי, HIV-1 gp41, EZH2, LSD1 ו-LSD2), בעוד שמדד הספציפיות של הקיפול שימש לזיהוי ארבעה מהרצפים (אגוניסטים/אנטגוניסטים של C3aR). פפטידים אלה מדגישים את ההצלחה של מסגרת עיצוב החלבון דה נובו, במיוחד מדד הזיקה המשוער הנוסף. המסגרת מגוונת ביותר בתחולתה. שישה חלבונים שונים הקשורים לעשרים וחמש מחלות שונות תוכננו בהצלחה ותוקפו בניסוי.
<table border="1" cellpadding="1" cellspacing="1" height="147" width="856">
	<tbody>
		<tr>
			<td>שם</td>
			<td>IC50</td>
			<td>EC50</td>
			<td>יעד חלבון</td>
			<td>מחלות ישימות</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ027</td>
			<td>0.94 מיקרומטר</td>
			<td> </td>
			<td>C3c אנושי</td>
			<td colspan="1" rowspan="7">שבץ מוחי, התקף לב, מחלת אלצהיימר, אסטמה, דלקת מפרקים שגרונית, זאבת אדמנתית מערכתית, טרשת נפוצה, פסוריאזיס, סוכרת מסוג I, מחלת קרוהן, דלקת הלבלב וסיסטיק פיברוזיס</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ086</td>
			<td>1.98 מיקרומטר</td>
			<td> </td>
			<td>C3c אנושי</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ059</td>
			<td>4.73 מיקרומטר</td>
			<td> </td>
			<td>C3c אנושי</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ110-4</td>
			<td> </td>
			<td>15.2 ננומטר</td>
			<td>C3aR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ060-4</td>
			<td> </td>
			<td>36.4 ננומטר</td>
			<td>C3aR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ007-5</td>
			<td>15.4 ננומטר</td>
			<td> </td>
			<td>C3aR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ002-5</td>
			<td>26.1 ננומטר</td>
			<td> </td>
			<td>C3aR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ435</td>
			<td>29 - 253 מיקרומטר</td>
			<td> </td>
			<td>HIV-1 gp41</td>
			<td>איידס</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ037</td>
			<td>13.57 מיקרומטר</td>
			<td> </td>
			<td>EZH2</td>
			<td colspan="1" rowspan="5">סרטן הערמונית, השד, לימפומה, מיאלומה, שלפוחית השתן, המעי הגס, העור, הכבד, רירית הרחם, הריאות והקיבה</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ011-1</td>
			<td>0.521 מיקרומטר</td>
			<td> </td>
			<td>LSD1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ016-1</td>
			<td>0.249 מיקרומטר</td>
			<td> </td>
			<td>LSD1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ026-1</td>
			<td>2.51 מיקרומטר</td>
			<td> </td>
			<td>LSD2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQ015-1</td>
			<td>1.332 מיקרומטר</td>
			<td> </td>
			<td>LSD2</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
טבלה 2. פפטידים שנחזו חישובית ואומתו בניסוי המכוונים למחלות שונות.

חוכמת חלבון: workbench ל<em&gt; בסיליקון</em&gt;<em&gt; דה נובו</em&gt; עיצוב של ביומולקולות

Protein WISDOM: A Workbench for In silico De novo Design of BioMolecules

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 <a href="http://www.proteinwisdom.org" target="_blank">(http://www.proteinwisdom.org),</a> 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.

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...

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 (<a href="http://www.proteinwisdom.org" target="_blank">http://www.proteinwisdom.org</a>). החל מתבנית מבנית, ניתן לבצע תכנון של חלבונים מונומרים ליציבות מוגברת וקומפלקסים לזיקה קשירה מוגברת.

חוכמת חלבון: Workbench ל<em&gt; בסיליקון</em&gt;<em&gt; דה נובו</em&gt; עיצוב של ביומולקולות

The aim of de novo protein design is to find the amino acid sequences that will fold into a desired 3-dimensional structure with improvements in specific ...

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא לתכנן חלבונים או פפטידים בעלי קיפול, קישור או תכונות פונקציונליות משופרות. דבר זה מושג על ידי העלאת מבנה החלבון או הקומפלקס והגדרת מוטציות ואילוצים ביולוגיים. כשלב שני להגדרת מטרת התכנון, מבוצע אופטימיזציה של בחירת רצפים, המייצרת מספר רב של רצפי חלבונים או פפטידים אפשריים בעלי יציבות ותכונות אינטראקציה משופרות. לאחר מכן מתבצע קיפול.חישובים של ספציפיות ו/או זיקה קישורית מקורבת מבוצעים על הרצף שתוכנן, וזאת כדי לתקף את החלבונים או הפפטידים שתוכננו עבור התכונות המשופרות הרצויות. מתקבלות תוצאות המראות תכונות משופרות של הרצפים שתוכננו, בהתבסס על ניתוח חישובי של המבנים שהופקו באמצעות הפרוטוקול. פרוטוקול זה פותח במעבדתו של פרופסור כריס דולס, נגנית חלילים מאוניברסיטת פרינסטון.פרוטוקול חישובי כללי זה לתכנון חלבונים דה-נובו (de novo) מסוגל להתמודד עם מספר תחומים חשובים בתכנון חלבונים. אלו כוללים תכנון של חלבונים מונומריים ליציבות מוגברת וקומפלקסים לאפיניות קישור מוגברת. השגנו מספר תכנונים מוצלחים בולטים במגוון תחומים טיפוליים שונים, כולל מעכבים של H-I-V-G-P 41, מעכבים המכוונים ל-EZH two עבור טיפולים בסרטן, ומעכבים המכוונים לרכיבי המשלים C3 A. כדי להנגיש את יישום מתודולוגיית תכנון החלבונים לקהילה האקדמית הרחבה, פיתחנו ממשק אינטרנט בשם Protein Wisdom.ממשק זה מאפשר

protein-wisdom-workbench-for-silico-de-novo-design

Research

JoVE Journal

Biology

ביולוגיה

BioMEMS: Forging שיתופי פעולה חדשים בין ביולוגים ומהנדסים

אוריגמי DNA הוא שיטה רב עוצמה לבודת עצמים ננומטריים מדויקים על ידי תכנות ההרכבה העצמית של מולקולות DNA. כאן, אנו מתארים איך יכול להיות מנוצלים-DNA אוריגמי לעצב רובוט רובוטי מסוגלים לחוש סימנים ביולוגיים ולהגיב בצורת הסטה, לאחר מכן הועברה לאפקט רצוי.

עיצוב רובוט ביו תגובה מ-DNA אוריגמי

ריצוף DNA היא גישה יעילה ליצירת ננו-מבנים ניתנים לתכנות. אנו מתארים את הפרוטוקולים לבניית צורות דו-ממדיות מורכבות על ידי הרכבה עצמית של אריחי DNA חד-גדיליים.

עצמי הרכבה של צורות דו-ממדיות מורכבות מחד-גדילי דנ&quot;א אריחים

. הנה, זרימת עבודה אוטומטית לבצע הרכבה "התקן" DNA מודולרי, באמצעות שיטה מודולרית DNA שיבוט הרכבה על רובוטים נוזלי-טיפול מוצג. הפרוטוקול משתמשת כלי תוכנה אינטואיטיבית ליצירת רשימות המטפל נוזלי לדור קומבינטורית DNA התקן הספרייה, אשר נדגים באמצעות שתי פלטפורמות טיפול בנוזלים.

אוטומטית רובוטית טיפול בנוזלים הרכבה של התקנים DNA מודולרי

אנו מתארים פרוטוקולים עבור קביעת המבנה של התחום המחייב של IKK של נמו על ידי קריסטלוגרפיה רנטגן. השיטות כוללות ביטוי חלבונים, טיהור ואפיון, כמו גם אסטרטגיות למיטוב מוצלח של גביש וקביעת מבנה של החלבון בצורתו הלא מאוגדת.

הפקה, התגבשות וקביעת מבנה של התחום המחייב של ה-IKK של נמו

מיומנות מרכזית בדוגמנות ביומולקולרית היא הצגת וביאור אתרים פעילים בחלבונים. טכניקה זו מודגמת באמצעות ארבע תוכניות פופולריות בחינם להדמיה מקרומולקולרית: iCn3D, Jmol, PyMOL, ו UCSF כימרהX.

מידול אתר פעיל אנזים באמצעות תוכנה חופשית להדמיה מולקולרית

פרוטוקול זה מספק גישה לאופטימיזציה של ניסוח על פני גורמי מחקר מתערובת, רציפים וקטגוריים הממזערת בחירות סובייקטיביות במבנה התכנון הניסויי. בשלב הניתוח נעשה שימוש בהליך התאמת מידול יעיל וקל לשימוש.

תהליך עבודה לאופטימיזציה של נוסחת ננו-חלקיקי שומנים (LNP) באמצעות ניסויים מתוכננים בתהליך תערובות ומודלים של אנסמבל מאומת עצמי (SVEM)

תכנון חלבונים כרוך בבניית רצפי חומצות אמינו ושילוב מוטיבים ספציפיים ליצירת גרסאות פונקציונליות. גישה זו חיונית לפיתוח פפטידים אנטי-מיקרוביאליים (AMPs) כדי להילחם בפתוגנים עמידים לאנטיביוטיקה. מאמר זה מציג הליך לבניית חלבונים באמצעות כלים ביואינפורמטיים שונים.

יישום של I TASSER, trRosetta, UCSF Chimera, שרת HADDOCK ו-HEX loria עבור De Novo ו-In Silico Design של חלבונים

פרוטוקול זה מספק שיטה לאופטימיזציה גלובלית שיטתית של חיישנים ביולוגיים מקודדים גנטית באמצעות יצירה והערכה של ספריות גנטיות בסיוע אוטומציה. זה משולב עם מתודולוגיות תכנון ניסוי כדי לייעל את הניסויים ולאפשר בחירת רכיבים גנטיים כדי לכוונן את החיישנים הביולוגיים לתוצאות תכנון ספציפיות.

דגימה יעילה של מרחב תכנון חיישנים ביולוגיים מקודדים גנטית מתאפשרת עם תכנון ניסויים וזרימת עבודה של אוטומציה

אנו מציגים הליך לגיבוש פולי (אתילן גליקול) עצמית התאספו monolayer (PEG-SAM) על מצע סיליקון עם microelectrodes זהב. PEG-SAM נוצר בשלב אחד ומונע Biofouling על משטחי סיליקון וזהב. אלקטרופורזה לאחר מכן נעשה שימוש עבור ביומולקולות דפוסים עד הננומטרי.

Antifouling עצמית התאספו monolayers על Microelectrodes עבור ביומולקולות דפוסים

למד עיצוב חלבונים חישובי באמצעות כלי Protein WISDOM לשיפור יציבות ואפיניות קישור. שיטה זו מאפשרת למחקרים לפתח חלבונים מונומריים וקומפלקסים ליישומים ביוטכנולוגיים ורפואיים.

חוכמת חלבון: Workbench ל

גלה סרטונים נוספים