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新技術(shù)找到人類蛋白質(zhì)關(guān)鍵變構(gòu)位點(diǎn)

  新研究表明,人類蛋白質(zhì)表面的潛在治療靶點(diǎn)的數(shù)量比之前認(rèn)為的要多得多。西班牙巴塞羅那基因組調(diào)控中心(CRG)的研究人員開發(fā)出一項(xiàng)突破性新技術(shù),揭示了許多控制蛋白質(zhì)功能的“秘密大門”,從理論上講,這些“門”可以顯著改變癡呆癥、癌癥和傳染病等各種疾病的進(jìn)程。現(xiàn)在,他們已經(jīng)繪制出這些被稱為“變構(gòu)位點(diǎn)”的靶點(diǎn)的第一張圖。

  這種發(fā)現(xiàn)靶點(diǎn)的方法可能會(huì)改變藥物發(fā)現(xiàn)的“游戲規(guī)則”,從而研發(fā)更安全、更智能且更有效的藥物。它使世界各地的研究實(shí)驗(yàn)室能夠靶向任何蛋白質(zhì),包括那些以前被認(rèn)為“無藥可及”(undruggable)的蛋白質(zhì)。

  蛋白質(zhì)在所有生物體中發(fā)揮著核心作用,并執(zhí)行重要功能,如提供支撐結(jié)構(gòu)、加速反應(yīng)、充當(dāng)信使或?qū)辜膊?。它們由氨基酸組成,在三維空間中折疊成無數(shù)不同的形狀。蛋白質(zhì)的形狀對其功能至關(guān)重要,氨基酸序列中只要有一個(gè)錯(cuò)誤就會(huì)對人類健康造成潛在的毀滅性后果。

  變構(gòu)是蛋白質(zhì)功能中一大未解之謎。當(dāng)分子與蛋白質(zhì)表面結(jié)合時(shí)會(huì)產(chǎn)生變構(gòu)效應(yīng),這反過來又會(huì)導(dǎo)致該蛋白質(zhì)遠(yuǎn)處的位置發(fā)生變化,從而通過“遙控”來調(diào)節(jié)其功能。許多致病突變,包括許多癌癥驅(qū)動(dòng)因素,都是因?yàn)槠渥儤?gòu)效應(yīng)而具有病理性。 盡管變構(gòu)位點(diǎn)很關(guān)鍵,但它們卻非常難找。此次,研究人員開發(fā)了一種名為雙深度PCA(ddPCA)的技術(shù)來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。他們將其描述為一種“蠻力實(shí)驗(yàn)”,就好比發(fā)現(xiàn)一輛車有問題之后,不只是檢查局部,而是拆卸整輛車,并逐個(gè)檢查零件。通過一次性測試一萬件零件,研究人員確定了所有真正重要的部件。

  CRG系統(tǒng)生物學(xué)項(xiàng)目協(xié)調(diào)人、該研究報(bào)告的作者本·萊納教授解釋說:“我們故意以數(shù)千種不同的方式打破事物,以建立一個(gè)事物如何運(yùn)作的完整圖景。” 該方法通過改變構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸來發(fā)揮作用,從而產(chǎn)生數(shù)千種不同版本的蛋白質(zhì),而序列中只有一兩個(gè)差異。然后,研究人員在實(shí)驗(yàn)室的活細(xì)胞中同時(shí)測試突變蛋白質(zhì)的影響。

  研究人員稱,每個(gè)細(xì)胞都是一個(gè)小工廠,會(huì)生產(chǎn)不同版本的蛋白質(zhì)。在一個(gè)試管中有數(shù)百萬個(gè)不同的工廠,因此可以非常迅速地測試一種蛋白質(zhì)的所有不同版本的工作情況。實(shí)驗(yàn)收集的數(shù)據(jù)被輸入計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析,產(chǎn)生全面的地圖,精確定位蛋白質(zhì)表面的變構(gòu)位置。 該技術(shù)有望促進(jìn)蛋白質(zhì)功能和進(jìn)化的研究。如果擴(kuò)大規(guī)模,可以從氨基酸序列中精確預(yù)測蛋白質(zhì)的特性。研究人員認(rèn)為,一旦成功,這將開啟預(yù)測性分子生物學(xué)的新時(shí)代,使發(fā)展新藥和清潔的、以生物學(xué)為基礎(chǔ)的工業(yè)成為可能。

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