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科学家开发计算机模型来预测突变对蛋白质对的

2019-05-23 14:34:48 医药科技80℃

  科学家开发计算机模型来预测突变对蛋白质对的影响

  2017年2月9日

  根据最新研究,成功的长期关系的关键是每个合作伙伴随着时间的推移适应其他的变化。

  至少,这对于细菌中的蛋白质对似乎是正确的。

  德克萨斯大学达拉斯分校的一位科学家和他的同事们正在开发计算机模型,以预测突变的发生方式。或微小的物理变化—影响共同进化的蛋白质对的生物学性能。

  该研究发表在最近一期的“分子生物学与进化”杂志上,在合成生物学和蛋白质工程领域具有潜在的应用,这些领域旨在设计新蛋白质或利用现有蛋白质来改善人类健康。

  蛋白质具有大部分生命功能,由称为氨基酸的分子序列组成。成对的蛋白质通过在氨基酸链上的特定点进行物理相互作用而成功地相互通信。

  这些蛋白质对随着时间的推移趋于共同进化:如果一个人获得关键氨基酸的突变,另一个倾向于适应以保持平衡。然而,一些突变可以结束这种关系。

  “如果突变改变界面处的那些关键氨基酸之一,则该对可能不再能够通信,并且该功能可能丢失,”达拉斯UT生物科学助理教授,该文章的高级作者Faruck Morcos博士说。 “结果可能对该生物体的存活产生不利影响。”

  莱斯大学的Morcos和他的同事们开发了一种计算模型,用于评估在大肠杆菌中发现的一对蛋白质中氨基酸序列界面的每种可能的突变组合。计算模型找到导致继续通信的夫妇和连接消失的夫妇的组合。

  细菌蛋白质作为测试案例,但Morcos说这种方法也适用于其他生物体中的蛋白质,包括人类蛋白质。

  “这是我们可以用来预测氨基酸序列的变化如何影响蛋白质功能的数学模型”。莫科斯说。

  麻省理工学院的一个研究小组之前在实验室进行了实验,以检查这一特定蛋白质对中160,000种可能的组合中的每一种。

  “这种努力令人惊叹。它通过实验确定了对所有这些突变的影响是什么,“莫科斯说。 “但它非常昂贵。我们使用他们的结果来验证我们的模型不仅能够预测哪些突变不能相互作用,而且能够预测维持其预期功能的突变。“

  相关故事超过三分之一的成年人错过了蛋白质的标记,发现研究可以传播婴儿引起哮喘的细菌,研究发现抗抑郁药可以拯救人们免于致命的败血症,研究表明,计算模型也能够排除工作的信心水平组合。例如,在发现有功能的1,600种组合中,该模型对前100名非常有信心。

  “如果我们可以预测某些应该起作用但不明显的东西,我们可以指出实验者尝试特定的突变,节省时间和费用,而不是试错法”。莫科斯说。

  研究小组利用其模型发现了一些意想不到的东西。

  “我们预测应该具有功能的组合,但实际上不在实验数据中,”莫科斯说。 “事实证明,一些突变导致成对确实可以与其靶标通信,但它们也与其他蛋白质相互作用。我们认为这种关系没有发挥其全部潜力,因为其中一对与其他蛋白质过于混杂。“

  该结果表明,该模型可用于研究突变的影响,不仅影响伴侣蛋白之间的通讯,还影响细胞中的其他蛋白质。

  

  “对于正在进行实验的科学家来说,很难评估蛋白质网络中其他蛋白质的影响”。莫科斯说。 “这种计算工作相对容易。”

  在最近发表在“美国国家科学院院刊”上的一项后续研究中,莫斯科斯及其同事赖斯和中国科学院使用他们的计算方法来确定一对蛋白质相互作用的最重要的物理点。

  “这是一个重要的结果,”莫科斯说。

   “如果你知道热点在哪里,蛋白质 - 蛋白质界面最重要的一点,这可能有助于设计治疗药物以进行干预。”

  出处:http://www.utdallas.edu/news/2017/2/8-32425_Scientists-Computational-Models-Predict-Mutations-_story-wide.html

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