Новые молекулы на основе полипептидов могут проложить путь к улучшению конструкции полимеров

Исследование описывает систематический, высокопроизводительный подход к проектированию для виртуального скрининга и создания новых молекул на основе полипептидов, которые образуют регулярные вторичные структуры, которые можно использовать в исследованиях в области биологии или материаловедения. Исследование опубликовано в Журнал Американского химического общества.

Регулярные вторичные структуры, такие как альфа-спирали и бета-листы, обеспечивают фундаментальную основу белковой архитектуры. Они необходимы для понимания сворачивания и функционирования белков, облегчения прогнозирования структуры, определения мишеней для лекарств и изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе заболеваний.

Команда систематически исследовала более 200 000 комбинаций 130 небиологических аминокислот с разнообразными химическими свойствами, расширяя разнообразие вторичных структур полипептидов. Этот инновационный подход, разработанный доктором философии Адамом Мойером, привел к открытию сотен уникальных низкоэнергетических повторяющихся структур.

Исследование совместно возглавляли Гаэтано Монтелионе, доктор философии, профессор и заведующий кафедрой химии и химической биологии Constellation Endowed в Политехническом институте Ренсселера (RPI); и Дэвид Бейкер, доктор философии, профессор биохимии, исследователь HHMI и директор Института дизайна белков (IPD) Медицинской школы Вашингтонского университета. Недавно Бейкер был назван одним из лауреатов Нобелевской премии по химии 2024 года за разработку новой области дизайна белков de novo.

«Мы охарактеризовали 10 недавно идентифицированных структур дипептидных повторов с помощью спектроскопии кругового дихроизма и сравнения с их расчетными спектрами», — сказал Монтелионе. Рассчитанные спектры используются для прогнозирования поглощения или излучения света на определенных длинах волн, что позволяет охарактеризовать молекулярную геометрию полимеров. Было обнаружено, что эти 10 дипептидных повторяющихся полимеров имеют упорядоченную структуру, как и ожидалось.

Более детальные исследования ЯМР и рентгеновской кристаллографии двух из этих полимеров показали, что они соответствуют их компьютерным моделям. Этот результат подтверждает обоснованность их подхода к проектированию. Вычислительный конвейер можно обобщить на широкий спектр полимеров, что открывает путь для более широкого применения в дизайне материалов.

«IPD является мировым лидером в разработке искусственного интеллекта и других вычислительных методов для создания новых белков и полипептидов, полезных для различных приложений в биотехнологии и материаловедении», — сказал Монтелионе.

«Наше сотрудничество увеличивает влияние этих искусственных белков. Оно также приносит в RPI передовые технологии, которые усиливают наши усилия в нескольких связанных научных исследовательских программах, направленных на создание новых биомолекул, способных модулировать сети белок-белкового взаимодействия в биологии рака и вирусов. инфекционные процессы.

«Это исследование открывает путь к разработке новых материалов с желаемым набором конкретных свойств», — сказал Курт Бренеман, доктор философии, декан Школы наук в RPI. «Эта работа также способствует нашему растущему пониманию того, как моделировать структуру и стабильность полимеров».