Новый софт быстро моделирует структуры гликопротеинов для ускорения разработки лекарств

Более 75% белков на поверхности наших клеток покрыты гликанами. Эти сахароподобные молекулы образуют динамичные защитные экраны вокруг белков, но их подвижность и изменчивость затрудняют изучение.

Группа под руководством Матеуша Сикоры из Dioscuri Centre for Modelling of Posttranslational Modifications (Краков) совместно с партнерами из Института биофизики Макса Планка (Франкфурт), Inserm (Париж), Academia Sinica (Тайбэй) и Бременского университета разработала новый алгоритм GlycoSHIELD.

GlycoSHIELD позволяет быстро и реалистично моделировать цепи сахаров на поверхности белков. По сравнению с традиционными инструментами моделирования он сокращает время вычислений и энергопотребление на несколько порядков, открывая путь к «зеленым» вычислениям. Работа опубликована в журнале Cell.

От тысяч часов до нескольких минут

Защитные гликановые щиты сильно влияют на взаимодействие белков с другими молекулами, например, с терапевтическими препаратами. Так, сахарный слой на спайк-белке коронавируса скрывает вирус от иммунной системы.

До сих пор прогнозирование структуры сахарных слоев с помощью компьютерного моделирования требовало экспертных знаний и мощных суперкомпьютеров, занимая тысячи или даже миллионы часов вычислений.

GlycoSHIELD предлагает быструю, экологичную open-source альтернативу. «Наш подход сокращает требуемые ресурсы, время вычислений и необходимый технический опыт, — говорит Сикора. — Теперь любой может рассчитать расположение и динамику молекул сахара на белках на персональном компьютере за считанные минуты».

Пазл из сахара

Для достижения высокой эффективности авторы создали и проанализировали библиотеку из тысяч наиболее вероятных 3D-конформаций наиболее распространенных форм сахарных цепей на белках человека и микроорганизмов. Оказалось, что для надежного предсказания гликановых щитов достаточно, чтобы присоединенные сахара не сталкивались с мембранами или частями белка.

Алгоритм основан на этом принципе. «Пользователи GlycoSHIELD должны указать только белок и места присоединения сахаров. Наше программное обеспечение затем собирает их на поверхности белка в наиболее вероятной конфигурации, — объясняет Сикора. — Мы смогли точно воспроизвести сахарные щиты спайк-белка: они выглядят именно так, как мы видим в экспериментах».

С помощью GlycoSHIELD можно дополнять информацией о сахарах как новые, так и существующие структуры белков. Ученые уже использовали его для изучения паттерна сахаров на рецепторе GABA_A — важной мишени для седативных средств и анестетиков.