SeqOpt

SeqOpt [1][2][3][4][5] — вычислительный метод конструирования пептидов и глобулярных белков, имеющих максимально возможную конформационную стабильность их α-спиралей с помощью глобальной оптимизации их аминокислотных последовательностей.

Рациональный дизайн пептидных и белковых спиралей имеет не только огромное практическое значение для белковой инженерии, но и является важным инструментов для улучшения понимания механизмов сворачивания пептидов и глобулярных водорастворимых белков. Недавние модификации теоретических моделей сворачивания α-спиралей в мономерных пептидах позволяют точно рассчитать их конформационные стабильности в воде. На основе статистико-механической теории переходов спираль-клубок и туннельного алгоритма глобальной оптимизации многомерных функций для оптимизации аминокислотных последовательностей нами создан SeqOpt — метод глобальной оптимизации аминокислотных последовательностей мономерных пептидов произвольного размера и состава. Данные КД-спектроскопии пептидов с оптимизированными последовательностями показывают, что потенциал конформационной стабильности 20 природных аминокислот позволяет получать стабильные α-спирали в пептидах длиной от 10 остатков и выше. SeqOpt является мощным практически важным инструментом для белковой инженерии. В отличие от традиционных подходов, которые часто используются для повышения стабильности белка путем добавления нескольких благоприятных взаимодействий в структуру белка, этот метод имеет дело со всеми возможными последовательностями белковых спиралей и способен выбирать из них наилучшую последовательность, которая имеет максимально возможное количество стабилизирующих взаимодействий.

Рис.1 Конформационная стабильность пептидов различной длины с оптимизированными последовательностями.
Рис. 2 Разборка филамента RecA, центрального элемента механизма адаптации бактерий к действию антибиотиков с помощью белка RecX и альфа-спирального пептида 4E1 с оптимизированной последовательностью, полученной с помощью SEQOPT

 

References

  1. Michael Petukhov and Yoshiro Tatsu and Kazuyo Tamaki and Sachiko Murase and Hiroko Uekawa and Susumu Yoshikawa and Luis Serrano and Noboru Yumoto (2009): Design of stable α‐helices using global sequence optimization. In: Journal of Peptide Science, vol. 15, no. 5, pp. 359–365, 2009, ISSN: 1075-2617, 1099-1387.
  2. Alexander Yakimov and Georgy Rychkov and Michael Petukhov (2013): SeqOPT: web based server for rational design of conformationally stable alpha-helices in monomeric peptides and globular proteins. In: pp. 127–128, 2013.
  3. Alexander Yakimov and Georgy Rychkov and Michael Petukhov (2014): De Novo Design of Stable α-Helices. In: Köhler, Valentin (Ed.): Protein Design, vol. 1216, pp. 1–14, Springer New York, New York, NY, 2014, ISBN: 978-1-4939-1485-2 978-1-4939-1486-9, (Series Title: Methods in Molecular Biology).
  4. A. P. Yakimov and A. S. Afanaseva and M. A. Khodorkovskiy and M. G. Petukhov (2016): Design of Stable α-Helical Peptides and Thermostable Proteins in Biotechnology and Biomedicine. In: Acta Naturae, vol. 8, no. 4, pp. 70–81, 2016, ISSN: 2075-8251.
  5. Alexander Yakimov and Georgii Pobegalov and Irina Bakhlanova and Mikhail Khodorkovskii and Michael Petukhov and Dmitry Baitin (2017): Blocking the RecA activity and SOS-response in bacteria with a short α-helical peptide. In: Nucleic Acids Research, vol. 45, no. 16, pp. 9788–9796, 2017, ISSN: 0305-1048, 1362-4962.