新算法可設計與靶標結合的蛋白質
英國《自然》雜誌近日在線發表一篇重磅研究。在美國華盛頓大學蛋白質設計研究所所長、2021年生命科學突破獎獲得者戴維·貝克的帶領下,研究人員創造了一種生產蛋白質藥物的強大新方法。利用計算機,他們設計了可以針對體內重要蛋白質(如胰島素受體,以及病毒的表麵蛋白)的小分子結合蛋白。這一進展或有助於開發應對諸多疾病的新療法,包括癌症、糖尿病、新冠肺炎等。
貝克說:“產生與所需的任何靶標蛋白緊密結合的新蛋白質的能力,是藥物開發和更廣泛的分子生物學中的一種範式轉變。”
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貝克比喻說,當抗體與靶標蛋白結合時,就像攀岩者試圖攀登陡峭的攀岩牆:靶標蛋白表麵大部分是光滑的,幾乎沒有握手和立足的支點,大分子的抗體大到可以同時牢牢抓住許多支點,從而穩達頂點;而小分子抗體抓住支點相對較難。
研究論文的共同第一作者、貝克實驗室的兩名博士後學者曹龍興和布萊恩·考文垂及其團隊,結合計算蛋白質設計領域的最新進展,得出了一種新策略:找出攀岩牆上的支點,然後在該支點周圍構建微型蛋白質以抓住更多支點,並繼續確定下一步攀岩的最佳路線。
tamenkaifaleyizhongkeyigenjuanjisuanxulieyucedanbaizhijiegouderuanjian,tongguojisuantedinganjisuanyubabiaodanbaibiaomianbutongdianjiehedejinmichengdu,huizhichuqianzaidepanyanluxianbingzhaochuzhidian(結合部位),然後,該軟件會從數百萬候選結合蛋白質中篩選出最有可能發揮功能的蛋白質,以用於抓住支點。
該團隊使用新軟件生成了50多萬個針對12個不同靶標蛋白的、高親和力的候選結合蛋白。這些靶標包括重要的細胞受體,如與癌症有關的蛋白質、胰島素受體蛋白、流感和新冠病毒等病毒的表麵蛋白等。
2021年7月,貝克領導的團隊曾利用該策略設計了可以結合新冠病毒刺突蛋白的小型蛋白。未來,該方法還將繼續被改進並用於臨床試驗。(實習記者張佳欣)
總編輯圈點
此前,戴維·貝克開發了一款軟件,可設計用於治療的合成蛋白質。這次,他們又開發了新的蛋白質設計方法。他將抗體和靶標蛋白結合比喻成攀岩:攀岩時要找到腳點和手點,攀岩路線依賴攀岩者的經驗和能力來確定。此項研究,則由計算機找到支點、設計路線,並幫助找到最合適的“攀岩工具”來抓住支點。這樣一來,研究人員其實能設計出可與各類目標結合的小型蛋白,開啟藥物開發的範式革命。
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