Топ7
Top7 — искусственный белок, классифицируемый как de novo белок . Это означает, что сам белок был спроектирован так, чтобы иметь специфическую структуру и функциональные свойства. [1]
Фон
[ редактировать ]Top7 был разработан Брайаном Кульманом и Гаутамом Дантасом в Дэвида Бейкера лаборатории в Вашингтонском университете . [2] Дизайн Top7 был построен с использованием общего вычислительного метода, который повторял проект последовательности и предсказание структуры. Конечная цель заключалась в разработке белка α/β из 93 остатков с новой последовательностью и расположением его структуры или топологии. Эти вычислительные методы помогли разработать белки вместе с алгоритмами прогнозирования структуры белков . [2]
Структура
[ редактировать ]Благодаря дизайну de novo Top7 обладает уникальной трехмерной структурой. Белок описан как белок α/β, состоящий из 93 остатков, что позволяет предположить, что Top7 содержит как альфа-спирали α, так и бета-листы β в своей вторичной структуре. В целом структура состоит из двух альфа-спиралей , упакованных в пятинитевой антипараллельный бета-лист . Комбинация альфа-спиралей и бета-листов обычно наблюдается в белковых структурах; это способствует общей стабильности и функциональности белка.
Чтобы достичь целевой структуры, исследователи сначала разработали двумерную диаграмму и использовали ее для определения ограничений, которые позволили им построить трехмерную модель Top7. с высоким разрешением Определение рентгеновской структуры экспериментально экспрессированного и очищенного белка показало, что структура ( PDB : 1QYS) действительно была очень похожа (1,2 Å RMSD ) на компьютерную модель.
Характеристика
[ редактировать ]Исследователи использовали различные биофизические методы, чтобы охарактеризовать белок Top7. Эти процессы смогли определить определенные характеристики для описания белка. Гель-фильтрационную хроматографию использовали для определения того, что Top7 является мономерным и хорошо растворим. Также было обнаружено, что повышение температуры позволяет белку кооперативно разворачиваться и проявлять холодовую денатурацию. Испытания по кристаллизации с дизайном Top7 привели к незначительным различиям в ядерном магнитном резонансе, поэтому расчетная модель продемонстрировала структуру, очень похожую на истинную структуру. [2] Структурные модели были использованы для дальнейшего изучения характеристик складывания Top7. [3] [4]
Благодаря этим анализам было установлено, что белок Top7 чрезвычайно стабилен. [2]
Складная кинетика
[ редактировать ]Top7 демонстрирует некооперативное поведение складывания. [5] Многие природные белки демонстрируют кооперативное сворачивание, что указывает на то, что вся структура складывается в скоординированной процедуре. Напротив, сворачивание Top7 не происходит гладко и однофазно. Его некооперативная характеристика может быть связана с разработанной последовательностью, которая способствует образованию независимо свернутой С-концевой промежуточной структуры. Исследования показали, что мутации на C-конце, а также N-конце аминокислотной последовательности базовой модели доказывают, что существует вероятная последовательность Top7, которая обеспечивает кооперативное сворачивание. [3]
Подразумеваемое
[ редактировать ]Создание белка Top7 de novo демонстрирует возможности вычислительных методов в создании белков со специфическими трехмерными структурами. Это имеет большое значение для развития области компьютерного дизайна белков и обеспечивает платформу для создания новых биомолекул с желаемыми свойствами. [2] Стабильность и характеристики складывания Top7 дают представление о взаимосвязи между последовательностью, структурой и кооперативностью сворачивания. Понимание этих принципов может способствовать разработке более стабильных и функциональных белков, не полученных в результате естественной эволюции. [6]
Top7 был назван «Молекулой месяца» Банка данных белков RCSB в октябре 2005 года, а суперпозиция соответствующих ядер (остатков 60–79) его предсказанных и рентгеновских кристаллических структур представлена в логотипе Rosetta@home . [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уотсон Дж.Л., Юргенс Д., Беннетт Н.Р., Триппе Б.Л., Йим Дж., Эйзенах Х.Э. и др. (август 2023 г.). «Разработка структуры и функций белка de novo с помощью RF-диффузии» . Природа . 620 (7976): 1089–1100. Бибкод : 2023Natur.620.1089W . дои : 10.1038/s41586-023-06415-8 . ПМЦ 10468394 . ПМИД 37433327 .
- ^ Jump up to: а б с д и Кульман Б., Дантас Дж., Иретон Г.К., Варани Г., Стоддард Б.Л., Бейкер Д. (ноябрь 2003 г.). «Разработка новой складки глобулярного белка с точностью на атомном уровне». Наука . 302 (5649): 1364–1368. Бибкод : 2003Sci...302.1364K . дои : 10.1126/science.1089427 . ПМИД 14631033 . S2CID 262269297 .
- ^ Jump up to: а б Ядахалли С., Госави С. (март 2014 г.). «Проектирование кооперативности в разработанном белке Top7». Белки . 82 (3): 364–374. дои : 10.1002/прот.24393 . ПМИД 23966061 . S2CID 8918038 .
- ^ Лю Ю, Ли З (30 мая 2023 г.). «Прогнозирование белок-белкового взаимодействия с помощью глубокого обучения на основе структуры». биоRxiv : 2023-05. дои : 10.1101/2023.05.27.542552 . S2CID 259003445 .
- ^ Ниламраджу С., Госави С., DJ Уэльса (декабрь 2018 г.). «Энергетический ландшафт разработанного белка Top7» . Журнал физической химии Б. 122 (51): 12282–12291. дои : 10.1021/acs.jpcb.8b08499 . ПМИД 30495947 . S2CID 54165914 .
- ^ Ито Ю, Араки Т, Сига С, Конно Х, Макабе К (январь 2022 г.). «Инжиниринг поверхности Top7 для облегчения определения структуры» . Международный журнал молекулярных наук . 23 (2): 701. doi : 10.3390/ijms23020701 . ПМЦ 8776091 . ПМИД 35054886 .
- ^ Гудселл DS (октябрь 2005 г.). «Дизайнерские белки» . Молекула месяца . Банк данных белков RCSB. дои : 10.2210/rcsb_pdb/mom_2005_10 . ISSN 1234-432X .