Ensüümid: arvuti ravib sihtmolekuli

Programm tuvastab sobiva substraadi ensüümi struktuuri põhjal

Ensüümi blokeerimine: Keskel on FK506 siduva valgu FKBP38 kolmemõõtmeline pilt. Selle pinnal on negatiivselt laetud (punane), positiivselt laetud (sinine) ja hüdrofoobsed (punane) osad. Varraste mudelis on näidatud neuroprotektiivne aine DM-CHX. Taustal illustreerivad närvirakkude mikroskoopilised pildid, kes kaitseb blokeerimisreaktsiooni. © ajakiri Biological Chemistry / MPG
ettelugemist

Mis põhjustab kehas ensüümi? Sellele küsimusele vastamiseks ei piisanud ensüümi struktuuri tundmisest. Kuid nüüd on teadlased välja töötanud arvutipõhise meetodi, mis võimaldab struktuuril teha järeldusi ensüümi sihtmolekuli kohta.

Viimase 40 aasta jooksul on teadlased täiustanud ensüümide keerukate struktuuride dekodeerimise meetodeid. Siiski ei õnnestu neil ensüümi funktsiooni struktuurist ikkagi välja lugeda. See, mida valk kehas tegelikult teeb, tuleb vaeva ja katse abil välja selgitada. See probleem on ka suureks takistuseks tõhusate uute ravimite väljatöötamisel, kuna enamik neist toimib just selliste ensüümide suunatud blokeerimise teel.

Dokkimisprogramm paljastab sobiva molekuli

Nüüd on teadlaste meeskond eesotsas Brian Shoichet ja Steven Almoga San Francisco California ülikoolist ja Frank Raushel Texase A & M ülikoolist astunud esimesed sammud selle mõistatuse lahendamiseks. Nagu nad ajakirja Nature praeguses numbris kirjeldavad, lugesid nad ensüümi funktsiooni kõigepealt otse selle struktuurist. Kui uus strateegia on tõestatud, võib see muutuda tõhusaks ensüümiuuringute ja ravimite väljatöötamise vahendiks.

Uue meetodi edu võti oli niinimetatud "molekulaarse dokkimise" tehnoloogia modifitseerimine. Selles uimastite avastamisel kasutatavas arvutipõhises tehnikas määrasid teadlased kõigepealt ensüümi aatomi struktuuri aatomi järgi ja seejärel kasutasid arvutisimulatsiooni tuhandete molekulide testimiseks, et näha, kas need sobivad ensüümi niinimetatud aktiivsesse sidumissaiti. Kui molekul sobib, näitab see, et kehas toimiv ensüüm toimib selle aine suhtes näiteks blokeerides spetsiifilise seondumise spetsiifilisi molekulaarseid funktsioone.

Kuid see mudel ei ole veel suutnud leida ühtegi muud ensüümiefekti: see ei suutnud kindlaks teha, milline molekul aktiveerib ensüümi kõigepealt ja muudab selle näiteks keemilise protsessi katalüsaatoriks või näiteks kogu metaboolseks kaskaadiks. Siiani pole seda nn substraati olnud võimalik kindlaks teha ainult ensüümi struktuuri tõttu. kuva

Vaheühendite kaudu substraadini

Teadlased saavutasid selle, lastes dokkimisprogrammil simuleerida ensüümi aktiveerimise lühiajalisi vaheühendeid. Need molekulid on ebastabiilsed ja ilmuvad ainult siis, kui ensüüm muudab substraadi katalüütiliselt uude vormi. Nende ebastabiilsuse tõttu ei olnud nende "sobivust" ensüümi aktiivse sidumissaidiga katsetes võimalik kontrollida.

Oma eksperimentideks kasutasid teadlased bakterist Thermotoga maritima päritolu ensüümi - mikroobi, mis tavaliselt ilmneb allveelaevade vulkaanilistes tuulutusavades, kus see säilib väga kõrgetel temperatuuridel ja kahjustamata rõhul. Nende ensüümid identifitseeriti osana geenistruktuuriprojektist, mis on rahvusvaheline programm ensüümide ja retseptorite struktuuri määramiseks. Pärast dokkimisprogrammis tehtud simulatsiooni testisid teadlased laboris ka ensüümiefekti ja värskelt tuvastatud substraati ning kinnitasid mudeli tulemusi.

"Ausalt öeldes olime ise väga üllatunud, et dokkimismeetod toimib substraadi tuvastamisel, " selgitab Shoichet. Lähenemisviisi nurjumiseks on nii palju viise. Oleme väga õnnelikud

(California ülikool - San Francisco, 02.07.2007 - MTÜ)