A 69 tervezett fehérjevágóból 13 működik

A kutatók a semmiből terveztek olyan fehérjemolekulákat, amelyek egy másik fehérjelánc kiválasztott kötését hasítják el. A laboratóriumban megvizsgált, megtisztított 69 jelöltből 13 vágta el a kijelölt célpontot (Nature). A sejtek azzal szabályozzák, mely fehérjék aktívak, hogy meghatározott helyeken elvágják őket. Ha ezt egy eszközzel igény szerint lehetne elvégezni, a biológusok beavatkozhatnának ebbe a rendszerbe, nem csupán megfigyelhetnék.

Miért ilyen nehéz ezt a kötést elhasítani?

A fehérje aminosavak lánca, amelyet peptidkötések tartanak össze. Ezek a kötések maguktól rendkívül lassan bomlanak fel: semleges vízbe helyezve akár évszázadokig is épek maradhatnak (Radzicka és Wolfenden).

A sejtek mégis folyamatosan bontják a fehérjéket, proteázoknak nevezett enzimekkel. Az enzim olyan fehérje, amely felgyorsít egy kémiai reakciót; a proteázok más fehérjék elvágására szakosodtak. Működésük kulcsa a pontos elhelyezkedés: a reakcióban részt vevő kémiai csoportoknak megfelelő távolságra és szögben kell állniuk az elvágandó kötéshez képest, és elég ideig ott is kell maradniuk. Ha a geometria akár egy nanométer töredékével eltér, a reakció egyáltalán nem megy végbe.

Ezt a kihívást vállalta a kutatócsoport. Új kémiát nem alkottak: a természetes cisztein-proteázok reaktív párosát vették kölcsön. Ebben egy kéntartalmú cisztein nevű aminosavat aktivál a szomszédos hisztidin. A kutatók olyan új fehérjét próbáltak építeni e páros köré, amely mindent a megfelelő helyen tart (Nature).

A kémiát a helyén tartó fehérjeváz megtervezése

A kutatócsoport mesterséges intelligencián alapuló eszközökkel olyan fehérjeformákat alkotott, amilyenre a tervek szerint szükségük volt. Ezután kiválasztották azokat az aminosavsorrendeket, amelyek várhatóan felveszik ezeket a háromdimenziós alakzatokat, majd azt is előre jelezték, hogy a fehérjék valóban így hajtogatódnak-e (ProteinMPNN-tanulmány). A szoftver a lehetőségek hatalmas körét laboratóriumban előállítható és tesztelhető tervekre szűkítette. Azt végül a kísérlet döntötte el, melyik működik.

A kész fehérjék formája szokatlan: a környező szerkezet nem hasonlít a természetes proteázokéra (Nature). A kutatók több tervből kristályt növesztettek, majd meghatározták a fehérjék atomi szerkezetét. Az eredmény megfelelt annak, amit a számítógépek előre jeleztek.

A kémcsőtől az élő sejtig

A laboratóriumi vizsgálatokban a tervezett enzimek elvágták célpontjaikat; a kutatók ezután emlőssejtekben is kipróbálták őket. Bejuttatták a sejtekbe a megtervezett proteáz és a célfehérje genetikai utasításait, majd a hasítás nyomait keresték (előtanulmány).

Ez azért fontos, mert a kémcsőben könnyebb dolga van egy fehérjének. A sejt zsúfolt környezetében sok más molekula között kell működnie, a sejt pedig könnyen hibásan hajtogathatja vagy lebontja azt a fehérjét, amelyet nem ismer fel. Ha egy tervezett enzim ebben a közegben is életben marad és elvégzi a feladatát, az valódi akadályt küzd le.

A 13/69-es arányt az előzetes szűrés fényében kell értelmezni: a jelölteket a szoftver már kiválogatta, mielőtt a kutatók megtisztították és tesztelték őket (Nature). Az arány azt mutatja meg, hogy az előszűrt tervek milyen gyakran válnak be, ami az eljárás megismételhetősége szempontjából fontos. A próbálkozások többsége így is kudarcot vallott, a tervezett enzimek pedig kevésbé aktívak azoknál a természetes enzimeknél, amelyek kémiáját átvették (Ars Technica). A kutatók szerint reaktív csoportjaik még nem kerülnek olyan pontosan a helyükre, mint az evolúció során kialakult enzimekben.

Az ötlet gyakorlati vonzereje világos: sok betegségben játszik szerepet egy károsan működő fehérje, és egy célzottan vágó eszközzel ki lehetne kapcsolni (GeekWire). A kísérletek azt mutatják, hogy a fehérjevágás ismert kémiája újonnan tervezett fehérjeformákban is működhet. Orvosi alkalmazását még nem vizsgálták.