Создан метод, позволяющий точно предсказывать вторичные и третичные структуры искусственных пептидов

Учёные из Нью-Йоркского университета, Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли, Университета Стони-Брук и Темпльского университета (все — США) представили метод, дающий возможность предсказывать структуры искусственных протеинов, которые способны успешно выполнять функции своих несоизмеримо более сложных природных собратьев.

Это позволит выработать практические способы получения лекарственных препаратов и других химических веществ, где главным критерием успешности является точность сборки сложных структур. Отчёт о проделанной работе опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of science.

Именно структура натуральных протеинов по-настоящему определяет их функциональность. Благодаря взаимодействиям между аминокислотами, составляющими молекулы белков, протеины скручиваются и складываются строго определённым образом. Образующиеся при этом структуры диктуют то, какие именно функции будет выполнять конкретный белок в организме. А это значит, что точное моделирование структуры и есть тот ключевой фактор, который позволит прогнозировать функциональность белков.

Пептоиды, или синтетические протеины, в этом смысле ничем не отличаются от своих природных собратьев. При этом они, ввиду искусственности и относительной простоты, значительно меньше подвержены химической или метаболической деградации, что критически важно при разработке лекарств и некоторых материалов. Более того, за последнее время исследователи научились строить и манипулировать пептоидными молекулами с очень высокой точностью. Но чтобы создавать пептоиды с заранее заданными свойствами, прежде нужно разобраться в сложных взаимоотношениях между композицией пептоидной молекулы и её третичной структурой.

Химики из Нью-Йоркского университета под руководством Кента Киршенбаума (Kent Kirshenbaum) предложили инновационный подход, позволяющий точно предсказывать процесс пептоидного фолдинга. Его надёжность была проверена на расчётах фолдинга уже известных белков, а полученные результаты сравнивались с данными рентгеноструктурного анализа. Затем комбинация экспериментального и расчётного подходов была использована для создания наиболее точного метода компьютерного моделирования пептоидов. Для этого были получены экспериментальные рентгеноструктурные данные трёх пептоидных молекул (двух небольших линейных и одной большой циклической молекул). Затем, применив программный комплекс REMD (Replica Exchange Molecular Dynamics), учёные постарались предсказать наиболее предпочтительные общие конформации всех трёх пептоидов с последующей доводкой результатов с помощью QM (Quantum Mechanical refinement).

Полученные таким образом компьютерные модели вторичных структур пептоидов были использованы для предсказания их наиболее вероятной третичной структуры. Расчётные и экспериментальные данные, к счастью, оказались невероятно близки. Таким образом, можно смело говорить о создании надёжного расчётного метода, способного предсказывать структуры сложных трёхмерных фолдингов. Тем самым сделан огромный шаг навстречу разработке теоретических подходов к построению молекулярного дизайна пептоидов с заранее заданными свойствами.

Подготовлено по материалам Нью-Йоркского университета.