Эволюционно-направленный атомарный дизайн крупных функциональных белков
8 марта 2022 года в журнале BioDesign Research была опубликована обзорная статья Ольги Херсонски и Сареля Дж. Флейшмана. Авторы предлагают подход эволюционно-направленного атомарного дизайна, который исключает мутации, способные дестабилизировать белки, вызвать их неправильное сворачивание или исказить домен активного центра, а также сохраняет неидеальные ключевые последовательности и структурные особенности за счёт использования естественных ограничений на структуру остова и последовательность.
Ключевые аспекты дизайна крупных белков:
- Одна из причин большого размера белков — необходимость термодинамической компенсации нестабильных молекулярных особенностей, закодированных в их активных центрах, за счёт крупных регионов вне этого центра.
- Разработана общая стратегия дизайна остова крупных белков путём сборки фрагментов субдоменов с последующим атомарным дизайном последовательности всей цепи.
- На этапе дизайна последовательности выбор аминокислот в каждой позиции ограничен: расчёты смещены в сторону мутаций, распространённых среди гомологов, а редкие мутации запрещены.
Вычислительные стратегии оптимизации:
Для надёжной и полностью вычислительной оптимизации белков были разработаны две стратегии:
- PROSS — для оптимизации стабильности белка в нативном состоянии.
- FuncLib — для дизайна аминокислотных остатков активного центра или сайтов связывания.
Пригодность этих стратегий была проверена на «сложных задачах», труднорешаемых итеративными методами, включая белки, которые можно измерить только с низкой пропускной способностью.
Перспективы: Авторы отмечают, что следующая фаза инноваций в методологии белкового дизайна, вероятно, будет частично опираться на методы статистического обучения. Это может открыть путь к одной из самых долгосрочных целей белковой инженерии — полностью вычислительному дизайну новых или улучшенных молекулярных активностей без обращения к экспериментальным данным.