Projek "Rosetta" akan membantu anda memilih penghalang agregasi untuk protein • Vera Bashmakova • Berita sains mengenai "Elemen" • Biologi Molekul, Perubatan

Projek “Rosetta” akan membantu memilih penyekat agregat untuk protein

Rajah. 1. Skim yang mana penyelidik memilih penyekat agregat yang sesuai untuk protein tau. Menurut skim yang sama, seorang penghalang telah dipilih 248Pap286. Pada mulanya, satu segmen dikenal pasti dalam protein – separuh daripada zip yang cenderung mengagregat (mengenal pasti segmen sterik-zipper). Kemudian ia diperiksa sama ada laman web ini sebenarnya mampu membentuk fibrils dan microcrystals (mengesahkan segmen membentuk gentian dan mikrokrit). Selepas itu, struktur atom di kawasan ini ditentukan (menentukan struktur atom) dan perencat (pencipta reka bentuk) dipilih untuk struktur ini, yang akan "mengikat" kilat ini. Dan akhirnya dalam vitro ia disahkan bahawa dengan kehadiran perencat, protein tidak membentuk fibrils (Ujian penceroboh dalam vitro). Imej dari artikel dalam perbincangan Alam

Sekiranya protein tidak dilipat dengan betul, ia tidak memperoleh pengesahan yang betul (lihat lipatan Protein), ia boleh mula bersambungan dengan protein sendiri yang dilipat secara tidak betul, yang membawa kepada pembentukan agregat protein. Agregat tersebut adalah ciri-ciri banyak penyakit (terutamanya neurodegenerative, lihat Neurodegeneration). Setakat ini, mustahil untuk mengatakan dengan pasti sama ada mereka memusnahkan sel-sel di mana mereka berada, atau, sebaliknya, menyelamatkan mereka dari kematian yang akan berlaku (lihat Neurofibrillary kusut dalam penyakit Alzheimer – bukan pembunuh, tetapi pembela sel, Elemen, 15.05.2010).Walau bagaimanapun, hubungan antara penyakit dan berlakunya agregat protein pasti ada, dan oleh itu agregat ini kini sedang dikaji secara aktif. Ini termasuk cubaan untuk menghentikan pengagregatan protein menggunakan pelbagai cara. Salah satu cara untuk melakukan ini diterangkan dalam artikel yang diterbitkan dalam jurnal Alam.

Terdapat beberapa model yang menerangkan bagaimana pengagregatan protein berlaku. Salah satu daripada mereka menyarankan bahawa dalam sesetengah protein terdapat kawasan-kawasan tertentu (mempunyai β-conformation) yang mempunyai struktur tiga dimensi menyerupai sepotong teka-teki dengan alur atau setengah ritsleting. Laman-laman web ini "tergenggam" dengan tapak yang sama pada molekul protein yang lain, dan oleh sebab itu fibril mula berkembang.

Dari kedua kesimpulan ini, ikuti. Pertama, bukan semua protein, tetapi hanya serpihan yang pendek, adalah untuk menyalahkan pembentukan agregat. Dan kedua, jika anda mengambil beberapa bahan yang akan mempunyai struktur spatial seperti "zipper", sesuai untuk struktur serpihan yang berniat jahat, ia akan dapat menutup serpihan ini, menghalangnya daripada melekat bersama dan dengan itu menghentikan agregasi.

Kumpulan saintis di bawah pimpinan David Eisenberg (David_Eisenberg), ahli biokimia Amerika yang terkenal, yang memainkan peranan penting dalam pembangunan kaedah komputer biologi molekul, mengambil pemilihan bahan tersebut.

Para saintis memberi tumpuan kepada dua kawasan "zip seperti" yang pendek dari dua protein rawan agregasi.

Yang pertama adalah peptida asid amino VQIVYK (huruf Latin huruf adalah nama-nama asid amino), suatu serpihan protein tau yang agregat intraselular diperhatikan dalam penyakit Alzheimer. Telah ditunjukkan bahawa serpihan ini sangat penting untuk terjadinya tau-agregat, dan di samping itu, ia juga boleh membentuk fibril yang sama dalam sifatnya kepada fibril-protein keseluruhan protein.

Dan kedua, juga asid enam amino, peptida GGVLVN adalah serpihan asid prostatic phosphatase, atau PAP (lihat Asparat phosphatase), protein yang terdapat dalam kuantiti yang banyak dalam cairan seminal. Ia ditunjukkan bahawa gentian terbentuk oleh bahagiannya 248Pap286, sangat meningkatkan risiko penularan AIDS. Peptida GGVLVN yang dikaji dalam karya ini adalah serpihan tepat 248Pap286.

Untuk memilih perencat yang sesuai peptida yang dikaji, penyelidik menggunakan perisian khas yang dipanggil Rosetta ("Rosetta"),yang membolehkan anda mensimulasikan konfigurasi spatial protein berdasarkan urutan asid amino dan sebaliknya – untuk memilih urutan asam amino yang akan membentuk konfigurasi spasi yang diperlukan.

Hasilnya, para penyelidik dapat memilih peptida tiruan D-TLKIVW (di mana D bermaksud bahawa semua asid amino dalam peptida ini berada dalam konfigurasi D, iaitu, isomer optik, refleksi cermin daripada asid L-amino yang biasa). Dari segi konfigurasi spasial, peptida ini sesuai untuk VQIVYK, "dilampirkan" kepadanya dan tidak membenarkan lapisan VQIVYK berikut untuk "mengikat", sehingga menghentikan pembentukan fibril. Dalam eksperimen dalam vitro Telah ditunjukkan bahawa agregasi dihentikan bukan sahaja pada VQIVYK itu sendiri, tetapi juga pada serpihan protein tau yang lebih lama yang mengandungi VQIVYK.

Rajah. 2 Apabila menambah peptida D-TLKIVW kepada penyelesaian K12 (ini adalah serpihan tau protein yang mengandungi urutan VQIVYK), agregasi tidak bermula walaupun di hadapan benih, garis coklat. Tanpa D-TLKIVW atau dengan peptida di mana asid amino disusun dalam susunan yang salah (D-TIWKVL), pengagregatan bermula dengan cepat (hitam dan garisan hijau). Sepanjang paksi mendatar – masa dalam jam. Paksi menegak – Tahap pengagregatan diukur oleh pendarfluor thioflavin S (lihat Thioflavin), pewarna fluoresen yang secara khusus mengikat kepada gentian. Imej dari artikel dalam perbincangan Alam

Untuk memahami dengan tepat bagaimana kerja peptida, para penyelidik memandu melalui satu siri ujian. Mereka menukar sisa-sisa asid amino, menggantikan asid D-dengan L-amino, dan memeriksa sama ada ia berfungsi dengan protein lain yang tidak mengandungi urutan VQIVYK. Akibatnya, D-TLKIVW berfungsi lebih baik daripada L-TLKIVW; bahawa kekeliruan asid amino dalam peptida membawa kepada kehilangan sifatnya; dan akhirnya, bahawa peptida ini bersetuju untuk mengikat hanya pada urutan VQIVYK dan tidak menjejaskan pengagregatan protein yang tidak mengandunginya (sifat terakhir peptida ini sangat menyenangkan kerana ia mengatakan bahawa ia tidak akan melanggar pengagregatan protein yang normal dan mesti membentuk gentian).

Pada masa yang sama, yang sangat penting, didapati bahawa D-TLKIVW mengikat tepat pada VQIVYK-fibrils yang tegas, dan bukan kepada monomer peptida VQIVYK yang larut air, yang mempunyai konfigurasi spasial tidak begitu tegar. Dalam kata lainPeptida berfungsi dengan tepat kerana ia secara khusus, dengan sangat tepat mendekati rantau penjanaan agregat protein, yang diramalkan oleh simulasi komputer strukturnya.

Begitu juga, saintis telah memilih peptida kedua, perencat pengagregatan untuk GGVLVN, serpihan fosfatase asid prostatic. Peptida ini, Trp-His-Lys-chAla-Trp-hydroxyTic, dinamakan oleh penyelidik WW61. Sebagai tambahan kepada asid amino "peptidogenic", komposisinya juga termasuk "tidak standard", yang tidak terdapat dalam protein – chAla (derivatif alan) dan hydroxyTic (turunan derivatif proline dan tirosin).

WW61 juga menghalang pembentukan agregat. dalam vitro, bukan sahaja untuk GGVLVN peptida pendek, yang mana ia "dipasang", tetapi juga untuk bahagian protein yang lebih lama, 248Pap286, yang juga termasuk GGVLVN.

Sejak fibril terbentuk oleh plot 248Pap286 dalam cecair mani, meningkatkan risiko jangkitan HIV, saintis memutuskan untuk memastikan sama ada WW61 tidak dapat mengurangkan risiko ini. Untuk melakukan ini, mereka mengubati zarah HIV dengan penyelesaian 248Pap286yang telah disimpan selama 20 jam sebelum itu (supaya pembentukan fibril bermula) di hadapan atau tidaknya WW61, dan kemudian cuba menjangkiti budaya sel dengan mereka. Hasilnya hanya mempesonakan – WW61 praktikal menghalang jangkitan.

Rajah. 3 Inhibisi pembentukan fibril mencegah jangkitan HIV dalam budaya sel. Sepanjang paksi mendatar – kepekatan 248Pap286 dalam mikrogram setiap mililiter, pada menegak – tahap jangkitan sel, diukur dengan tahap aktiviti β-galactosidase (lihat Beta-galactosidase; enzim ini diletakkan di bawah kawalan promoter virus – oleh itu, dengan aktiviti β-galactosidase, adalah mungkin untuk memahami sama ada sel telah dijangkiti atau tidak). Adalah diketahui bahawa dengan kehadiran seorang perencat, jangkitan secara praktikal tidak berlaku. Imej dari artikel dalam perbincangan Alam

Dalam kerja ini, tidak banyak hasil yang diperolehi adalah sangat baik (contohnya, persoalan besar sama ada ia sepatutnya menghentikan pengagregatan tau dan sama ada ia akan melakukan lebih banyak kemudaratan daripada yang baik) daripada pendekatan kepada masalah itu sendiri. Kaedah yang dibangunkan membolehkan memilih penyekat pengagregatan untuk pelbagai protein. Dan selain itu, kerja ini berfungsi sebagai hujah berat yang memihak kepada fakta bahawa bahagian "seperti pengikat" memainkan peranan penting dalam pembentukan fibril.

Sumber: Stuart A. Sievers, John Karanicolas, Howard W. Chang, Anni Zhao, Lin Jiang, Onofrio Zirafi, Jason T. Stevens, Jan Münch, David Baker, David Eisenberg. Reka bentuk yang berasaskan struktur inhibitor asid amino bukan semulajadi pembentukan amiloid fibril. // Alam. 2011. V. 475. P. 96-100.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: