Эволюция раскрывает недостающее звено между ДНК и формой белка

Международная команда исследователей сделала крупный шаг к решению классической проблемы молекулярной биологии — вычислительной задачи укладки белка (protein folding problem). Цель — предсказать трёхмерную структуру белка только на основе его ДНК.

Суть метода

Исследователи из Гарвардской медицинской школы, Политехнического университета Турина и Онкологического центра им. Слоуна-Кеттеринга проверили смелую предпосылку: эволюция может дать «дорожную карту» для укладки белка. Их подход объединил:

• Эволюционную информацию, накопленную за миллионы лет (последовательности тысяч белков, сгруппированных в семейства).
• Данные высокопроизводительного генетического секвенирования.
• Ключевой метод статистической физики «максимальной энтропии», позволяющий вывести, какие части белка взаимодействуют для формирования его формы.

Результаты

Используя выведенные внутренние взаимодействия в белке и стандартное программное обеспечение для молекулярного моделирования, команда впервые смогла вычислить точные формы только на основе последовательности для тестового набора из 15 разнообразных белков. Точность была беспрецедентной, без видимого ограничения по размеру белка.

Ключевой пример: Метод успешно предсказал структуру семейства сигнальных белков Ras (связанных с раком), которые содержат около 160 аминокислотных остатков. Вычисленная модель уложилась в ~3.5 ангстрема от известной экспериментальной структуры.

Ограничения и перспективы

• Метод работает, только когда доступны генетические данные для больших семейств белков.
• Экспериментальные структуры, когда они есть, обычно точнее в атомных деталях.
• Следующий шаг — предсказание структур нерешённых белков, изучаемых структурными биологами, а затем исследование большой неизведанной территории неизвестных белковых структур.

Исследователи подчёркивают, что синергия между вычислительным предсказанием и экспериментальным определением структур даст ценное понимание вселенной белковых форм, определяющих их функцию.