Новый ИИ-модель расшифровывает код в белках, указывающий им, куда направляться

Белки — это «рабочие лошадки» наших клеток. Их структура определяет функцию, но не менее важна и локализация белка — то, в каком клеточном компартменте он находится. Помимо классических органелл, в клетке существуют динамические, не имеющие мембраны компартменты, которые концентрируют определённые молекулы для выполнения общих функций.

Предсказать локализацию белка на основе его аминокислотной последовательности было сложно. В то время как для предсказания структуры белка уже несколько лет успешно используется ИИ-инструмент AlphaFold, аналогичного инструмента для локализации не существовало.

Исследователи из Whitehead Institute и MIT создали такую модель, назвав её ProtGPS. Результаты опубликованы 6 февраля в журнале Science.

Как работает ProtGPS

• Модель обучали и тестировали на наборах белков с известной локализацией.
• ProtGPS может предсказать, к какому из 12 известных типов компартментов направится белок.
• Модель также определяет, изменит ли мутация, ассоциированная с заболеванием, локализацию белка.

Исследователи проверили эту гипотезу, проанализировав с помощью ProtGPS более 200 000 белков с такими мутациями. Модель выявила множество случаев, когда мутация, вероятно, меняла локализацию. Экспериментальная проверка 20 примеров в клетках с помощью флуоресценции подтвердила предсказания модели.

Это говорит о том, что неправильная локализация может быть недооценённым механизмом развития болезней, а ProtGPS — ценным инструментом для поиска новых терапевтических подходов.

От предсказания к созданию нового

Исследователи пошли дальше и разработали генеративный алгоритм, который может создавать новые, не существующие в природе аминокислотные последовательности, предназначенные для локализации в конкретном компартменте.

Чтобы увеличить шансы на успех, алгоритм был ограничен созданием белков, похожих на природные. В одном тесте модель сгенерировала 10 белков для нацеливания в ядрышко. Эксперименты в клетках показали, что четыре из них сильно локализовались в ядрышке.

Создание функциональных белков «с нуля» открывает новые возможности для терапии — например, можно спроектировать лекарство, которое будет целенаправленно доставляться в нужный клеточный отсек к своей мишени, повышая эффективность и снижая побочные эффекты.

Исследователи рассматривают ProtGPS как многообещающее начало и планируют расширять её возможности, включая предсказание для большего числа компартментов и дизайн белков с другими функциями.