Kamagata Kiyoto 부교수, Tohoku University, Advanced Industrial Science and Technology 연구소인공 지능 연구 센터Ritsumeikan University의 제약 과학 학부 제약 발견 과학과의 Kitahara Ryo 교수는 자연적으로 변성 된 단백질 영역을 대상으로 후보 온라인 바카라를 설계하는 방법을 성공적으로 개발했습니다
약물 개발은 질병 관련 단백질의 특정 형태에 결합하고 그 단백질의 기능을 억제하거나 촉진하는 소분자의 설계를 포함합니다 그러나, 상기 언급 된 방법은 특정 3 차원 구조가없는 자연적으로 변형 된 영역을 갖는 단백질에 작용하지 않았으므로 의약품의 빠른 발달이 어렵다 연구 그룹은 자연적으로 변형 된 영역의 아미노산 서열 정보 만 사용하여 컴퓨터 에서이 영역에 특이 적으로 결합하는 약물 후보 펩티드를 빠르게 설계하는 방법을 개발했다 이 방법을 사용하여, 본 발명자들은 8 x 10 (8 억 x 천만)의 펩티드 그룹으로부터 자연적으로 변성 된 영역을 갖는 암 억제 단백질 p53의 기능을 조절하는 인공 펩티드를 발견했다 이 인공 펩티드는 잠재적 인 약물 분자 일 것으로 예상된다 상기에 기초하여,이 방법은 자연적으로 변성 된 단백질 영역을 온라인 바카라으로하는 약물 발견 연구를 가속화 할 가능성이있다
이 연구의 결과는 2019 년 6 월 28 일 (Dayday Time)에 British Scientific Journal Scientific Reports (온라인 판)에 발표되었습니다 이 연구는 또한 제휴 과학 연구 프로젝트와 AIST-Tohoku University Matching Project의 지원으로 수행되었습니다
일반적으로 약물은 질병 관련 단백질의 특정 형태에 결합하여 기능을 억제하거나 촉진합니다 또한, 다양한 화합물을 컴퓨터상에서 단백질의 3 차원 구조에 활용하고 약물 후보를 좁히면 의약품을 효율적으로 합리적으로 개발할 수있게되었다 (도 1A) 그러나, 특정 3 차원 구조 (자연적으로 변성 된 영역)가없는 영역을 함유하는 단백질은 모든 단백질의 약 30%를 차지하며 자연적으로 변성 된 영역은 알츠하이머 병 및 암과 같은 질병에 관여한다는 것이 분명해졌습니다 특정 구조가없는 자연적으로 변형 된 영역은 지속적으로 변화하는 구조이며 특정 구조에만 결합 할 수있는 약물 후보 화합물에 강하게 결합 할 수 없다 (도 1B) 따라서, 상기 방법은 자연적으로 변형 된 단백질 영역을 온라인 바카라화하는 의약품을 개발하기가 어려워졌다
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그림 1 약물 후보 분자 탐색 A) 다양한 분자는 단백질의 3 차원 구조에 대해 도킹되고, 일치하는 형태의 분자는 약물 후보로 간주된다 b) 단백질에 특정 형태 (자연 변성)가 없으면 도킹 계산을 사용하여 검색 할 수 없습니다 |
연구 그룹은 자연적으로 변성 된 영역을 온라인 바카라으로하는 약물 발견 방법을 개발하여 특정 3 차원 구조를 갖지 않는 자연적으로 변성 된 영역에 유연하게 결합하고 단백질의 3 차원 구조를 안정화시키는 "아미노산 쌍의 결합 강도"에 초점을 맞추고있다 (도 2) 펩티드를 설계 할 때, 잔기 당 20 가지 유형의 아미노산 후보가 있으며, 후보 펩티드의 수는 엄청나므로 모든 후보 펩티드를 실험적으로 생성하고 시험하기가 어렵다 이 방법에서, 컴퓨터에서 Miyazawa와 Jernigan이 개발 한 아미노산 쌍 결합 에너지가 사용된다MJ Energy)참고 2온라인 바카라 단백질의 자연적으로 변성 된 영역에 결합하는 후보 펩티드를 빠르게 좁히는 데 사용될 수있다 (도 2) MJ 에너지는 아미노산 쌍을 쉽게 형성하는 경향을 나타내는 지표로 생각 될 수 있기 때문에, 우리는 MJ 에너지가 펩티드를 통해 가능한 한 크게 허용하는 어레이를 선택함으로써 강하게 결합하는 펩티드를 설계 할 수 있다고 생각했다
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그림 2 설계된 펩티드에 의한 자연-감염 단백질의 기능적 제어 온라인 바카라 인 자연 변성 영역의 아미노산 서열은 미야자와 및 Jernigan에 의한 아미노산 쌍 결합 에너지와 정렬되며, 펩티드 (결합 펩티드)로서 설계된다 설계된 펩티드는 단백질의 자연 변성 영역에 결합하여 단백질 기능의 제어를 허용한다 |
예를 들어, 20 가지 유형의 아미노산이 있으므로 2 개의 아미노산으로 구성된 20 x 20 = 400 가지 유형의 온라인 바카라가 있습니다 그러나, 13 개의 아미노산으로 구성된 온라인 바카라의 경우, 아미노산 서열의 수는 20 × 20 × ・・・・・・・ 20 = 2013≒ 82 × 1016= 약 800,000 Kyoto Street (약 8 억 x 1 억 개의 거리)는 천문학적 수입니다 (그림 3A) 우리의 방법은 온라인 바카라 아미노산에 대한 가장 높은 MJ 에너지로 아미노산을 설계하여 후보 서열의 빠른 선택을 허용합니다 (그림 3B)
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그림 3 펩티드 설계 방법 a) 자연 변성 단백질의 온라인 바카라 서열에 결합하는 후보 펩티드의 수 b) 미야자와와 제르니건에 의한 아미노산 쌍 결합 에너지 (MJ 에너지)를 사용한 결합 펩티드의 빠른 설계 |
이 방법을 확인하기 위해, 우리는 암 억제 단백질 p53의 자연 변성 영역에 중점을 둔 연구를 수행했습니다 먼저, 본 발명자들은 P53의 자연적으로 변형 된 영역에 강하게 결합하는 13 및 16 잔기를 갖는 후보 온라인 바카라를 생성하기로 결정했다 다음으로, 좁은 후보 온라인 바카라가 합성되었고 적정 실험, NMR 및 분자 역학 시뮬레이션은 후보 온라인 바카라 중 하나가 기본적으로 변형 된 영역에 선택적으로 결합하고 강한 결합력 (~ μM 해리 상수)을 갖는 것을 보여 주었다 (도 4A, B) 또한, 적정 실험 및 단일 분자 형광 측정은이 설계된 온라인 바카라가 P53의 DNA에 결합을 억제하고 DNA에서의 슬라이딩 운동을 억제한다는 것을 밝혀냈다 (도 4C) 상기로부터, 본 발명자들은 P53의 자연적으로 변형 된 영역에 결합하고 그 기능을 제어 할 수있는 개발 된 방법을 사용하여 합리적으로 설계 될 수 있음을 입증했다
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그림 4 펩티드 결합에 의한 p53 기능의 조절 a) 1 차 구조 (아미노산 서열)와 p53의 3 차원 구조 사이의 관계 NT, 코어, TET 및 CT는 각각 N- 말단 도메인, 코어 도메인, 사량 체 도메인 및 C- 말단 도메인을 나타낸다 결합 펩티드는 CT를 온라인 바카라 서열로 사용하여 설계되었다 b) p53의 3D 3 차원 구조 및 결합 펩티드 C) 결합 펩티드에 의한 P53의 DNA 결합의 억제 d) 펩티드 결합에 의한 DNA에서의 p53 운동의 억제 |
이 방법은 자연적으로 변성 된 단백질 영역을 대상으로 한 후보 온라인 바카라의 쉽게 설계 할 수 있으므로 약물 발견 연구를 가속화 할 것으로 예상됩니다
제목 : 서열 정보를 사용한 합리적 설계 만 본질적으로 무질서한 영역에 결합하는 온라인 바카라 만 생성
저자 : Kiyoto Kamagata1*, Eriko Mano1, Yuji Itoh1,2, Takuro Wakamoto3, Ryo Kitahara4, Saori Kanbayashi1, 히로토 타카 하시1, Agato Murata1,2및 Tomoshi Kameda5*
제휴 :1Tohoku University, Multifactoral Science Institute,2Tohoku University 과학 대학원 화학과3Ritsumeikan University 생명 과학 대학원,4Ritsumeikan University, 제약 과학 학부, 제약 발견,5AI 연구 센터, 인공 지능
잡지 : 과학 보고서
URL :wwwnaturecom/articles/s41598-019-44688-0
doi : 101038/s41598-019-44688-0