Proteine ​​saggezza: un banco di lavoro per<em&gt; In silico</em&gt;<em&gt; De novo</em&gt; Progettazione di biomolecole

Sommario

Abbiamo sviluppato metodi computazionali di progettazione di proteine de novo in grado di affrontare diverse importanti aree della progettazione di proteine. Per diffondere questi metodi presentiamo Protein WISDOM, uno strumento online per la progettazione di proteine (http://www.proteinwisdom.org). Partendo da un modello strutturale, è possibile eseguire la progettazione di proteine monomeriche per una maggiore stabilità e di complessi per una maggiore affinità di legame.

Abstract

L'obiettivo di disegno de novo di proteine ​​è di trovare le sequenze amminoacidiche che si piega in una struttura 3-dimensionale desiderata con miglioramenti nelle proprietà specifiche, quali affinità di legame, agonista o antagonista comportamento, o stabilità, relativi alla sequenza nativa. Progettazione di proteine ​​si trova al centro del progresso attuale progettazione di farmaci e di scoperta. Non solo progettazione di proteine ​​fornisce previsioni per bersagli farmacologici potenzialmente utili, ma migliora anche la nostra comprensione del processo di folding delle proteine ​​e le interazioni proteina-proteina. Metodi sperimentali come evoluzione diretta hanno dato risultati positivi in ​​progettazione di proteine. Tuttavia, tali metodi sono limitate dallo spazio sequenza limitata che possono essere cercati trattabile. In contrasto, strategie di progettazione computazionali permettono la proiezione di un insieme più ampio di sequenze che coprono una vasta gamma di proprietà e funzionalità. Abbiamo sviluppato una serie di calcolo de novo di proteine ​​disegno metoDS in grado di affrontare diverse importanti aree di progettazione di proteine. Questi includono la progettazione di proteine ​​monomeriche per una maggiore stabilità e complessi per una maggiore affinità di legame.

Per diffondere questi metodi per il più ampio uso presentiamo SAGGEZZA Proteine ​​( http://www.proteinwisdom.org ), uno strumento che fornisce metodi automatici per una varietà di problemi di progettazione di proteine. Modelli strutturali sono state inoltrate per inizializzare il processo di progettazione. La prima fase di progettazione è una sequenza fase di selezione di ottimizzazione che mira a migliorare la stabilità mediante minimizzazione dell'energia potenziale nello spazio sequenza. Sequenze selezionate sono poi eseguiti attraverso una fase di specificità piega e una fase di affinità di legame. Una lista ordinata rango delle sequenze per ogni fase del processo, insieme con strutture progettate pertinenti, fornisce all'utente una valutazione quantitativa completa del disegno. Qui forniamo i dettagli of ciascun metodo di progettazione, così come diversi successi notevoli sperimentali ottenuti attraverso l'uso dei metodi.

Introduzione

Il design delle proteine de novo è l'identificazione di sequenze proteiche che produrranno una struttura terziaria desiderata con proprietà o funzioni migliorate. Poiché il ripiegamento nativo di una proteina è la conformazione che si trova al minimo di energia libera, la progettazione di proteine de novo cerca sequenze che avranno un minimo di energia libera nel ripiegamento bersaglio. Questo problema è stato descritto per la prima volta da Drexler¹ e Pabo² ed è stato definito "problema di ripiegamento inverso". Tuttavia, a differenza del problema del ripiegamento delle proteine, in cui una sequenza può produrre una sola soluzi....

Protocollo

Panoramica del metodo

Il framework di progettazione de novo utilizzato in Protein WISDOM comprende due fasi. La prima fase produce un elenco ordinato di sequenze di aminoacidi che si ripiegheranno in una determinata struttura modello. La seconda fase convalida queste sequenze calcolando la specificità di ripiegamento o l'affinità di legame approssimativa, oppure entrambe. La prima viene utilizzata principalmente quando la progettazione riguarda una singola proteina, mentre la seconda viene impiegata quando la progettazione riguarda un complesso (un peptide che si lega a una proteina bersaglio). Figura 1 fornisce una p....

Risultati

Progettazione De Novo di Inibitori dell'Entrata per l'HIV-1

Il framework di progettazione de novo implementato in Protein WISDOM è stato utilizzato per la progettazione di peptidi inibitori per diversi importanti sistemi terapeutici (Tabelle 1 e 2). Un sistema particolarmente rilevante è la progettazione di peptidi in grado di inibire l’ingresso dell’HIV-1 nel recettore cellulare ospite CD4, qui utilizzato come sistema rappresentativo per dimostrare l’utilizzo p.......

Discussione

Il framework di progettazione delle proteine de novo è costituito da due fasi, una fase di selezione della sequenza e una fase di convalida. Il framework è sufficientemente robusto da gestire modelli di progettazione rigidi e flessibili e può essere applicato a progetti di proteine singole o complesse. Il framework è stato applicato con successo a numerosi sistemi proteici con applicazioni a dozzine di malattie. Un certo numero di disegni sono stati convalidati sperimentalmente, fornendo i più potenti inibitori .......