Análisis global del plegamiento de proteínas utilizando diseño, síntesis y pruebas masivamente paralelas

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Biología estructural
• Biología computacional

Sus antecedentes:

• La estructura de las proteínas está determinada por interacciones débiles, pero la decodificación de estas fuerzas es compleja debido a que las proteínas naturales evolucionan para la función sobre la estabilidad.
• La comprensión de la relación secuencia-estabilidad es crucial para la ingeniería de proteínas.

Objetivo del estudio:

• Examinar sistemáticamente cómo la secuencia de aminoácidos determina el plegamiento y la estabilidad de las proteínas en nuevas estructuras proteicas.
• Desarrollar un enfoque basado en datos para el diseño computacional de proteínas mediante la integración de métodos computacionales con validación experimental de alto rendimiento.

Principales métodos:

• Utilizó diseño computacional de proteínas, síntesis de genes de próxima generación y un ensayo de susceptibilidad de proteasa de alto rendimiento.
• Se evaluó el plegamiento y la estabilidad de más de 15.000 miniproteínas diseñadas de novo, 1.000 proteínas naturales, 10.000 mutantes puntuales y 30.000 secuencias de control negativo.

Principales resultados:

• Identificó más de 2.500 proteínas diseñadas estables en cuatro pliegues básicos, proporcionando un conjunto de datos para analizar las relaciones de estabilidad de secuencia.
• Logró un aumento significativo en la tasa de éxito del diseño del 6% al 47% a través del diseño iterativo y la retroalimentación experimental.
• Generó proteínas estables con nuevas topologías y reveló contribuciones sutiles de estabilidad durante la optimización.

Conclusiones:

• Estableció un ciclo de retroalimentación estrecho entre el diseño computacional y la validación experimental, transformando el diseño de proteínas en una ciencia basada en datos.
• Demostró el potencial para diseñar proteínas estables con propiedades de plegado predecibles en un espacio de secuencia inexplorado.
• La metodología desarrollada ofrece una poderosa plataforma para avanzar en la ingeniería de proteínas y comprender la biofísica fundamental de las proteínas.