Исследование классифицирует и использует искусственные белки для анализа белковых интерфейсов

Новое исследование, опубликованное на этой неделе, предполагает, что может существовать примерно тысяча структурно различных белковых интерфейсов, и их структура в значительной степени зависит от простой физики белков.

Это первое систематическое исследование природы белковых интерфейсов. Работа может помочь объяснить феномен "неразборчивых" (promiscuous) белков, которые связываются со многими другими белками. Результаты также могут иметь значение для разработки лекарственных соединений, предназначенных для воздействия на эти белок-белковые взаимодействия.

Ключевые выводы:

• Исследователи из Центра изучения системной биологии Технологического института Джорджии разработали эффективный вычислительный метод iAlign для классификации интерфейсов.
• Было обнаружено, что даже без структурного сходства между отдельными мономерами, образующими димерные комплексы, примерно 90% интерфейсов имели близкого структурного соседа.
• В библиотеке природных структур белок-белковых взаимодействий существует всего около тысячи структурно различных интерфейсов.
• Большинство интерфейсов являются грубо планарными (плоскими), что обеспечивает достаточную площадь поверхности для связывания.

Эксперимент с искусственными белками:

Чтобы отделить роль базовой физической структуры белков от эффектов эволюции, ученые изучили набор синтетических гомополипептидных белков, созданных полностью in silico.

• После проведения докинговых тестов с этими "игрушечными белками", украшенными случайными аминокислотами, было обнаружено 90% интерфейсов, ранее охарактеризованных в природных белках.
• Это указывает, что наблюдаемые интерфейсы являются свойством структуры белка и белковой физики, а не результатом эволюционного отбора.

Значение для биологии и медицины:

• Объяснение "неразборчивости" белков: Планарная природа и сходство интерфейсов помогают объяснить, как один белок может взаимодействовать со многими другими. Базовая способность к взаимодействию заложена физически, а стабильные взаимодействия затем стабилизируются эволюционным отбором.
• Эволюция: Базовая физика белков формирует фундамент, на котором действует эволюция.
• Разработка лекарств: Понимание природы этих интерфейсов и правил, управляющих ими, может помочь в разработке ингибиторов белок-белковых взаимодействий — области, где сейчас существует очень мало препаратов из-за больших площадей поверхностей.

Исследование было опубликовано 13 декабря в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences при поддержке NIH.