Проблема белка. Том 3: структурная организация белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001911-9
Скачать (прямая ссылка):
Дж. Грир предложил конструировать экспериментальные модели, используя семейство гомологичных белков и выделяя в их последовательностях обхцие участки, которым приписываются конформационные состояния белка, изученного рентгеноструктурно [237, 238]. Такой способ был опробован им при формировании расчетной модели белка комплемента С5а с привлечением структуры СЗа [239] и ренина человека на основе структур нескольких последовательностей аспартатных протеиназ [240]. Аналогичный подход с использованием консервативных участков гомологов для создания у исследуемого белка структурного кора полипептидной цепи был предложен также Т. Бланделлом и соавт. [241-244]. Недавние исследования модельных структур протеиназ, применяемых в медицине, показали, что при использовании информации о семействе белков для выявления активного центра полезными могут оказаться гомологи даже с невысоким содержанием идентичных участков (~ 30%) [245-248].
В настоящее время стал достаточно очевиден порядок проведения структурного моделирования белков на основе экспериментальных данных о конформациях и аминокислотных последовательностях гомологов Первый шаг, естественно, состоит в поиске одного или более гомологичных белков с известными и близкими друг другу трехмерными структурами. Это самый ответственный и далеко не всегда простой и однозначный этап исследования. Хорошей иллюстрацией может служить пример с установлением структур N-концевых доменов белков CD-антигенов, а именно, белка CD4 [249, 250]. Сравнение последовательностей подсказало, что CD4 может иметь структурное подобие с другими
представителями семейства иммуноглобулинов [251, 252]. Они выбраны Р качестве исходных приближений расчетной модели белка CD4, которая ратем была проанализирована несколькими группами исследователей [253-256]. Полученная вскоре кристаллическая структура белка подтвердила, jITO CD4 действительно имеет иммуноглобулиновый тип свертывания полипептидной цепи [249, 250].
? После проверки белков на гомологичность в исследовании наступает ровый этап - установление у отобранного набора аминокислотных последовательностей вариабельных и константных участков полипеп-|гидных цепей и конструирование модели консервативного кора целевого репка. Опыт, легко объясняющийся бифуркационной теорией свертывания В физической теорией структурной организации белковых молекул (см. гл. ф), показывает, что большая часть изменений в порядках аминокислот у (Сомологов касается остатков поверхностного слоя белковых глобул, ростоящего, как правило, из неупорядоченной полипептидной цепи между фиксированными точками константных областей. В литературе они Получили название петельных сегментов. Их конформационные состояния | ряду гомологичных белков более всего несходны, и поэтому предсказываются с помощью соответствующего алгоритма или теоретического Анализа с меньшей надежностью. Один из методов определения пространственного строения петель, предложенный Т. Джонсом и С. Тирупом 1257] и нашедший широкое применение [241, 244, 258-260], основан на ¦опущении, которое не только нельзя признать очевидным, а напротив, рледует считать сомнительным. Авторы метода предполагают, что у всех белков, независимо от их состава и порядка аминокислотной последовательности, внешние петельные сегменты обладают близким пространственным строением, если они состоят из одинакового числа аминокислотных рстатков и имеют сопоставимые расстояния между N- и С-концами в Трехмерных структурах.
К. Чотиа и А. Леек разработали подобный метод моделирования структуры петель, ориентированный, однако, на специальную группу белковых Структур, а именно, содержащих вариабельные домены иммуноглобулинов рб1]. В его основу положена так называемая каноническая гипотеза, Согласно которой длина цепи и наличие в ней небольшого числа ключевых (аминокислот являются конформационными детерминантами петельного Сегмента. Для узкого круга исследованных объектов гипотеза выдержала Экспериментальную проверку [262, 263]. Т. Бланделл и соавт. [241, 244, |260] использовали идею ключевых остатков и создали вариант метода Джонса-Тирупа, который можно использовать в отсутствие сравнительных петельных форм в наборе гомологичных структур. М. Левитт и |роавт. [264, 265] автоматизировали способ моделирования К. Чотиа и А. Леска, и в таком виде он был использован в конструировании и (Структурном анализе петель в молекулах антител, синтезированных Методами генной инженерии [266-268]. Аналогичный подход реализован Каюке в работах [269-272], подробно рассмотренных в обзорах [273-275]. Г. Шерага и соавт. [276-278] усовершенствовали алгоритм поиска конфор-рационных состояний петельных сегментов, включив в него процедуру Вокальной минимизации энергии.
Метод исследования геометрии петель, разработанный Дж. Маултом и М Джеймсом [279], основан на известных кристаллических структура белков, которые служат исходными для селекции представительного набора значений двугранных углов ф, \|/ каждого остатка в низкоэнергетических областях конформационной карты ф - у. Из этих наборов генерируются различные структурные варианты петель. Для последующего расчета оставляются те из них, которые удовлетворяют системе эмпирических правил. Отобранные варианты подвергаются минимизации энергии при вариации двугранных углов в потенциальном поле остальной части белка. К. Левинталем и соавт. [280, 281] был предложен метод беспорядочного поиска ("rendom-tweak") конформации петельного сегмента От других методов он отличается отсутствием систематического исследования геометрии петли. Ее полипептидная цепь (при игнорировании боковых цепей остатков) составляется путем комбинации случайных пространственных форм фрагментов, приводящих к замыканию петли В сочетании с процедурой Чотиа и Леска метод Левинталя был недавно использован для создания моделей антител, представляющих терапевтический интерес [282]. Информация об одном из последних методов расчета конформаций петельных сегментов, включающем для замыкания цели алгоритм регулирования расстояния между концами цепи ("bond-scaling") и процедуру Монте Карло, содержится в работах [283-286]. Несколько новых способов укладки нерегулярных участков белковой цепи на поверхности глобулы с использованием трехмерных структур гомологов, а также приложения их к решению конкретных задач можно найти в работах [227, 287-295].
