_ Noul instrument de simulare progresează modelarea moleculară a condensatelor biomoleculare

O echipă de la Universitatea din Massachusetts Amherst a făcut un progres major în ceea ce privește modelarea și înțelegerea modului în care proteinele intrinsec dezordonate (IDP) suferă separarea spontană a fazelor, un mecanism important de organizare subcelulară care stă la baza numeroaselor funcții biologice. și bolile umane.

PDI joacă un rol crucial în cancer, tulburări neurodegenerative și boli infecțioase. Ele reprezintă aproximativ o treime din proteinele pe care corpul uman le produce, iar două treimi din proteinele asociate cancerului conțin segmente sau domenii mari, dezordonate. Identificarea trăsăturilor ascunse esențiale pentru funcționarea și auto-asamblarea PDI-urilor va ajuta cercetătorii să înțeleagă ce merge prost cu aceste caracteristici atunci când apar boli.

Într-o lucrare publicată în Journal of the American Chemical Society, autor principal Jianhan Chen, profesor de chimie, descrie o modalitate nouă de a simula separările de fază mediate de IDP, un proces important care a fost dificil de studiat și descris.

„Separarea de fază este un fenomen cu adevărat binecunoscut în polimeri. fizică, dar ceea ce oamenii nu știau până acum aproximativ 15 ani era că acesta este, de asemenea, un fenomen cu adevărat comun în biologie”, explică Chen. „Puteți să vă uitați la separarea fazelor cu un microscop, dar este foarte dificil să înțelegeți acest fenomen la nivel molecular.

„În ultimii cinci sau 10 ani, oamenii au început să descopere că multe dintre acestea au dezordonat proteinele pot determina separarea fazelor, inclusiv numeroasele importante implicate în cancer și tulburări neurodegenerative.”

Noua lucrare, bazată pe cercetări din laboratorul de biofizică computațională și biomateriale al lui Chen, constituie un capitol al doctoratului principal al autorului Yumeng Zhang. D. disertație. Zhang va începe să lucreze ca cercetător postdoctoral la Massachusetts Institute of Technology (MIT) în februarie. Un alt contributor cheie este Shanlong Li, un asociat de cercetare postdoctorală în laboratorul lui Chen.

Laboratorul lui Chen a dezvoltat un studiu precis , Câmp de forță de rezoluție hibridă accelerată de GPU (HyRes) pentru simularea separărilor de fază mediate de IDP. Acest model este unic prin capacitatea sa de a descrie cu precizie interacțiunile scheletului peptidic și structurile secundare tranzitorii, fiind în același timp suficient de eficient din punct de vedere computațional pentru a modela separarea fază lichid-lichid. Acest nou model umple un gol critic în capacitatea existentă de simulare pe computer a separării fazelor IDP.

Chen și echipa au creat simulări HyRes pentru a demonstra pentru prima dată ce guvernează stabilitatea condensului a două IDP importante.

„De fapt, nu am anticipat că ar putea face o treabă atât de bună în a descrie separarea fazelor, deoarece este un fenomen cu adevărat dificil de simulat”, spune Chen. „Am demonstrat că acest model este suficient de precis pentru a începe să analizăm impactul chiar și al unei singure mutații sau structurilor reziduale în separarea fazelor.”

HyRes-GPU al cercetătorilor oferă un instrument inovator de simulare pentru studiul mecanisme moleculare de separare a fazelor. Scopul final este de a dezvolta strategii terapeutice în tratamentul bolilor asociate cu proteinele dezordonate.

„Acesta este cu adevărat semnificația acestei lucrări”, spune Chen. „Se crede că procesele biologice importante apar prin separarea fazelor. Deci, dacă putem înțelege mai bine ce controlează acest proces, aceste cunoștințe vor fi cu adevărat puternice, dacă nu esențiale, pentru ca noi să ne gândim la controlul separării fazelor pentru diverse scopuri științifice și de inginerie. Acest lucru ne va ajuta să înțelegem tipul de intervenție care va fi necesară pentru a obține efecte terapeutice.”

Chen spune că următorul pas este să aplicăm ceea ce echipa sa a învățat la simulări la scară mai mare ale amestecurilor biomoleculare mai complexe.

„Shanlong lucrează acum la construirea unui model similar pentru acizii nucleici, deoarece separarea fazelor implică adesea atât proteine ​​dezordonate, cât și acizi nucleici”, spune el. „Vrem să putem descrie ambele componente cheie și asta ne-ar permite să privim mai multe sisteme.”

(Fluierul)