Obliczeniowe przewidywanie preferencji aminokwasów potencjalnie wielospecyficznych domen wiążących peptydy zaangażowanych w interakcje białko-białko

Podsumowanie

Opisujemy metodologię opartą na dywersyfikacji sekwencji w celu oszacowania preferencji aminokwasowych wielospecyficznych miejsc wiązania w interakcjach białko-białko (PPI). W ramach tej strategii tysiące potencjalnych ligandów peptydowych są generowane i badane in silico, pokonując w ten sposób niektóre ograniczenia dostępnych metod eksperymentalnych.

Streszczenie

Wiele interakcji białko-białko wiąże krótkie segmenty białka z domenami wiążącymi peptydy. Zazwyczaj takie oddziaływania wymagają rozpoznania motywów linearnych o zmiennej konserwacji. Połączenie wysoce konserwatywnych i bardziej zmiennych regionów w tych samych ligandach często przyczynia się do wielospecyficzności wiązania, co jest powszechną właściwością enzymów i białek sygnalizacji komórkowej. Charakterystyka preferencji aminokwasowych domen wiążących peptydy jest ważna dla projektowania mediatorów interakcji białko-białko (PPI). Metody obliczeniowe stanowią skuteczną alternatywę dla często kosztownych i kłopotliwych technik eksperymentalnych, umożliwiając projektowanie potencjalnych mediatorów, które można później zweryfikować w dalszych eksperymentach. W tym miejscu opisaliśmy metodologię wykorzystującą zastosowanie Pepspec w pakiecie do modelowania molekularnego Rosetta do przewidywania preferencji aminokwasowych domen wiążących peptydy. Metodologia ta jest przydatna, gdy struktura białka receptorowego i charakter liganda peptydowego są znane lub można je wywnioskować. Metodologia rozpoczyna się od dobrze scharakteryzowanej kotwicy z liganda, która jest przedłużana przez losowe dodawanie reszt aminokwasowych. Powinowactwo wiązania wytworzonych w ten sposób peptydów jest następnie oceniane za pomocą dokowania peptydów z elastycznym szkieletem w celu wybrania peptydów o najlepszych przewidywanych wynikach wiązania. Peptydy te są następnie wykorzystywane do obliczania preferencji aminokwasowych i opcjonalnie do obliczania macierzy pozycja-masa (PWM), którą można wykorzystać w dalszych badaniach. Aby zilustrować zastosowanie tej metodologii, wykorzystaliśmy interakcję między podjednostkami ludzkiego czynnika regulacyjnego interferonu 5 (IRF5), wcześniej znanego jako wielospecyficzny, ale globalnie kierowany przez krótki konserwatywny motyw zwany pLxIS. Oszacowane preferencje aminokwasowe były zgodne z wcześniejszą wiedzą na temat powierzchni wiązania IRF5. Pozycje zajmowane przez fosforylujące reszty seryny wykazywały wysoką częstotliwość asparaginianu i glutaminianu, prawdopodobnie dlatego, że ich ujemnie naładowane łańcuchy boczne są podobne do fosfoseryny.

Wprowadzenie

Oddziaływanie między dwoma białkami często obejmuje wiązanie krótkich odcinków aminokwasów z domenami wiążącymi peptydy, co przypomina interfejsy białko-peptyd. Białka receptorowe uczestniczące w takich oddziaływaniach białko-białko (PPI) często posiadają zdolność rozpoznawania określonego zestawu nakładających się, lecz zróżnicowanych sekwencji ligandów, co jest właściwością znaną jako wielospecyficzność^1,2. Rozpoznawanie wielospecyficzne jest cechą wielu białek komórkowych, ale jest szczególnie wyraźne w przypadku enzymów i białek sygnałowych komórki³. Białka oddziałujące z wielospecy....

Protokół

1. Wstępne przygotowanie interfejsu białko-peptyd

1. Pobieranie struktury kompleksu białko-białko
   1. Przejdź do strony głównej Protein Data Bank (PDB) (https://www.rcsb.org/) i wpisz w głównym polu wyszukiwania identyfikator PDB dla struktury kompleksu białko-białko (Rysunek 2A). Identyfikator PDB dla struktury dimeru IRF5, wykorzystany jako przykład w tej pracy, to 3DSH¹⁹.
   2. Na stronie głównej wybranej struktury kliknij Download Files (Rysunek 2B), a następnie Biological Assembly 1 (PDB - gz) (

Wyniki

W niniejszym artykule opisano protokół służący do przewidywania preferencji aminokwasowych powierzchni wiążącej IRF5, białka należącego do rodziny czynników transkrypcyjnych znanych jako ludzkie czynniki regulacyjne interferonu. Białka te są regulatorami wrodzonych i nabytych odpowiedzi immunologicznych i uczestniczą w różnicowaniu oraz aktywacji wielu komórek odpornościowych. Podjednostki IRF posiadają wysoce plastyczne i wielospecyficzne powierzchnie wiążące, dzięki czemu są zdolne do tworzenia homodimerów, heterodimer.......

Dyskusja

W niniejszym artykule opisano protokół służący do oszacowania preferencji aminokwasowych potencjalnie wielospecyficznych miejsc wiązania w oparciu o dywersyfikację sekwencji in silico. Opracowano niewiele narzędzi obliczeniowych do oszacowania preferencji aminokwasowych granic faz białko-peptyd 14,25,26. Narzędzia te mają charakter predykcyjny, ale różnią się algorytmami obliczeniowymi używanymi do wykonywania ich przewidywań i .......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
BUDE Alanine Scan Server	Uniwersytet w Edynburgu	https://pragmaticproteindesign.bio.ed.ac.uk/balas/	doi: 10.1021/acschembio.9b00560
Rosetta Modeling Software	Rosetta Commons	https://www.rosettacommons.org/software	doi: 10.1002/prot.22851
UCSF Chimera	Uniwersytet Kalifornijski San Francisco	https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/	doi: 10.1002/ JCC.20084