AI-ით შექმნილი პროტეაზები არჩეულ ცილებს ჭრიან და დაავადების სამიზნეებზე იმედს აჩენენ

ფერმენტები კატალიტიკური ბირთვის ირგვლივ

პეპტიდური ბმები, რომლებიც ცილებში ამინომჟავებს აკავშირებენ, იმდენად მდგრადია, რომ წყალში დახმარების გარეშე ასობით წლის განმავლობაში შეიძლება შემორჩეს. სიცოცხლე ამას პროტეაზებით წყვეტს, ესენია ფერმენტები, რომლებიც რამდენიმე საკვანძო ამინომჟავას ათავსებენ ისე, რომ ჭრა აჩქარონ. გუნდმა, რომელიც ძირითადად ვაშინგტონის უნივერსიტეტში დევიდ ბეიკერის ლაბორატორიაში მუშაობს, პროტეაზების დიზაინს AI-ის ცილების დიზაინის ხელსაწყოების გამოცდად განიხილავდა.

ისინი ორი ცნობილი პროტეაზის მექანიზმიდან დაიწყეს. მდინარის კიბოს საჭმლის მომნელებელი სისტემის ცინკის პროტეაზა იყენებს ცინკის იონის მუხტს, რომ კოორდინაცია გაუწიოს მსხვრევად ბმას, ფერმენტის საკვანძო ნაწილებს და წყლის მოლეკულას. საფუარის ცისტეინის პროტეაზა კი ცისტეინს ააქტიურებს, რომ სამიზნეს შეუტიოს და დროებითი კავშირი შექმნას, რომელსაც მოგვიანებით წყალი წყვეტს.

დიზაინი RFdiffusion2-ით, ProteinMPNN-ით და AlphaFold3-ით

პროცესი დაიწყო RFdiffusion2-ით, რომელმაც ფერმენტის ჩონჩხები ორი შეზღუდვით შესთავაზა: აუცილებელი კატალიტიკური ამინომჟავები ერთად მოეყვანა და არჩეული სამიზნე მიმდევრობა კატალიტიკური ცენტრის გვერდით განეთავსებინა. შემდეგ ProteinMPNN-მა თითოეული ჩონჩხი იმ ამინომჟავებით აავსო, რომლებიც დაგეგმილ სტრუქტურას, კატალიტიკურ ადგილსა და სამიზნეს ერგებოდნენ. ჯგუფმა პროცესი ბევრჯერ გაიმეორა და AlphaFold3-ით შეამოწმა, რომ მიღებული სტრუქტურები არსებულ ბაზებში არაფერს ჰგავდა.

ცისტეინის პროტეაზისთვის 12 ჩონჩხი 69 ამინომჟავური ნაკრებით აივსო და 13 დიზაინმა იმუშავა, წარმატების მაჩვენებელი 19 პროცენტი იყო, თუმცა ყველა მათგანი საფუარის ფერმენტზე ბევრად ნაკლებად აქტიური იყო. ცინკის პროტეაზის შემთხვევაში, დიზაინები, რომლებშიც წყლის მოლეკულა არ იყო განთავსებული, ძირითადად ჩავარდა, მხოლოდ 89-დან 14-მა აჩვენა სუსტი აქტივობა. წყლის მოლეკულის, როგორც ცხადი შეზღუდვის, დამატებამ წარმატების მაჩვენებელი მკვეთრად გაზარდა: 38-დან 35 დიზაინს კატალიტიკური აქტივობა ჰქონდა.

აქტიური ადგილის მახლობლად ალტერნატიული ამინომჟავების ჩანაცვლებამ შედეგი კიდევ გააუმჯობესა. საუკეთესო ცისტეინის დიზაინმა სამიზნე მიმდევრობა დაახლოებით მილიარდჯერ უფრო სწრაფად დაჭრა. დახვეწილმა ცინკის პროტეაზამ, რომელსაც მეორე ვერსია ჰქვია, თავდაპირველ დიზაინზე 30-ჯერ მეტი აქტივობა აჩვენა და პეპტიდური ბმის ჭრა დაახლოებით ათი მილიარდჯერ დააჩქარა.

სამიზნეები უჯრედებში და დარჩენილი შეზღუდვები

საბოლოო გამოცდისას გუნდმა ცინკის პროტეაზები ნევროლოგიურ მდგომარეობებთან, მაგალითად ალცჰაიმერთან და ფრონტოტემპორულ დემენციასთან, დაკავშირებული ცილების წინააღმდეგ შექმნა. არსებული დიზაინის ახალ მიმდევრობაზე მორგებამ კარგად არ იმუშავა, ამიტომ დიზაინის პროცესი თავიდან გაუშვეს და ფერმენტი მიიღეს, რომელმაც სამიზნე უჯრედებში დაჭრა.

ავტორები აღნიშნავენ, რომ თერაპიებს კვლავ აქვს დაბრკოლებები, მათ შორის ცილის მიწოდება, იმუნური პასუხები და გენის მიწოდების აუცილებლობა, თუ სამიზნე უჯრედის შიგნით მდებარეობს. ისინი ასევე აფრთხილებენ, რომ ხელსაწყოები სტრუქტურაში ძლიერია, მაგრამ ჯერ ვერ შეიძლება მათგან კონკრეტული აქტივობის მოთხოვნა, ამიტომ შემთხვევითმა მუტაციამ მაინც იპოვა დახვეწილი ცვლილებები, რომლებმაც კატალიტიკური ძალა გაზარდა.

წყაროები: Ars Technica