Пары белков собираются на основе их дополнительных форм

Наука

Белки связываются друг с другом посредством сложного комплекса химических взаимодействий. Что, если некоторые белки связываются из-за своей формы – гораздо более простой процесс? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи использовали Summit, самый быстрый суперкомпьютер в стране, для моделирования взаимодействия с ключом и замком. В этих взаимодействиях молекулы белков, которые связываются друг с другом, должны химически точно соответствовать друг другу. Команда проверила 46 пар белков, которые, как известно, связываются друг с другом. Затем команда смоделировала сборку этих белковых пар на Summit. Из 46 протестированных пар 6 были собраны на основе их дополняющих друг друга форм более чем в 50% случаев.

Влияние

Результаты могут найти множество применений в биологических исследованиях. Например, этот подход мог бы проверять лекарства для лечения болезней или предоставлять ученым информацию о том, как использовать белки в качестве строительных блоков для создания новых биологических материалов. Команда планирует изучить дополнительные белки, которые также могут связываться на основе формы или образовывать сборки еще более высокого порядка. В конечном счете, команда хочет знать ограничения того, как формы белка могут эволюционировать, чтобы сформировать иерархические структуры белка.

Резюме

Чтобы белки успешно связывались друг с другом, один из них действует как лиганд, молекула, которая присоединяется к целевому белку, а один из них действует как рецептор, молекула, которая получает лиганд. Этот процесс включает сложные химические взаимодействия, в которых молекулы разделяют связи и меняют свою конфигурацию при связывании. Исследователи хотели посмотреть, могут ли они предсказать это связывание, основываясь только на форме, игнорируя взаимодействия между белками. Из базы данных, содержащей более 6000 пар белков, команда проверила 46 пар, которые, как известно, связываются друг с другом, и смоделировала их сборку на Summit, суперкомпьютере Oak Ridge Leadership Computing Facility с производительностью 200 петафлоп.

Команда захватила шесть пар белков, которые связывались только по форме, при этом одна из пар связывалась более 94 процентов времени. Команда планирует изучить больше белков, которые также могут связываться на основе формы или образовывать структуры еще более высокого порядка. В будущем команда хочет знать ограничения того, как формы белка могут эволюционировать, чтобы сформировать иерархические структуры белка. Команда надеется, что в конечном итоге они смогут предсказать связывание интерфейсов белок-белок в белковых кластерах или структурах кристаллизации белка.

Финансирование

В этом исследовании использовались ресурсы центра Oak Ridge Leadership Computing Facility, исследовательского центра Министерства энергетики США. Описанные здесь результаты основаны на работе, поддержанной Исследовательской лабораторией армии США и Исследовательским офисом армии США.