popularyzatorski opis rezultatów projektu
advertisement
Nr wniosku: 152656, nr raportu: 14066. Kierownik (z rap.): dr Michał Koliński Celem prowadzonego projektu było stworzenie metody obliczeniowej do przewidywania struktury przestrzennej receptorów sprzężonych z białkami G (ang. GPCR) oraz ich kompleksów z ligandami. Receptory GPCR są odpowiedzialne za przekazywanie sygnałów z otoczenia komórki do jej wnętrza. Stanowią początek zróżnicowanych kaskad sygnalizacyjnych odpowiedzialnych między innymi za proces widzenia, odczuwania bólu, zapachu czy smaku, kontroli ciśnienia tętniczego, kontrole ekspresji genów oraz wielu innych procesów regulacyjnych odpowiedzialnych za prawidłowe funkcjonowanie komórek. Z tego powodu receptory GPCR stały się ważnym celem dla projektowania nowych leków. Szacuje się, że ponad 50% obecnie stosowanych leków oddziałuje z receptorami GPCR. Zidentyfikowano około 800 receptorów z rodziny GPCR ale struktury przestrzenne znamy jedynie dla około 25 jej przedstawicieli. Otrzymanie struktury przestrzennej białek GPCR jest skomplikowane ponieważ proces krystalizacji jest bardzo utrudniony z powodu ich dużej konformacyjnej niestabilności, dużej powierzchni hydrofobowej oraz niskiej ekspresji w komórkach. Poznanie struktury przestrzennej białka receptorowego jest kluczowe dla projektowania nowych leków. Podczas realizowanego projektu stworzono teoretyczną metodę do przewidywania struktur przestrzennych receptorów GPCR. Wszystkie receptory GPCR posiadają podobną budowę domeny trans-membranowej złożoną z siedmiu helis natomiast pętle łączące helisy są bardzo zróżnicowane sekwencyjnie i strukturalnie. Miejsce wiążące ligandy znajduje się we wnęce tworzonej przez siedem helis transbłonowych. Stworzona metoda przewidywania struktury przestrzennej GPCR w praktyce jest ciągiem (ang. pipeline) wielu zintegrowanych i złożonych zadań obliczeniowych. W dużym skrócie cała procedura wykonuje następujące działania. Na początku generowany jest trzon receptora zbudowany z siedmiu helis na podstawie podobieństwa strukturalnosekwencyjnego do znanych już struktur innych receptorów. Następnie generowana jest duża liczba prawdopodobnych modeli zawierających kompletną strukturę receptora wraz z pętlami zewnątrzkomórkowymi. Struktura pętli przewidywana jest wyłącznie na podstawie ich sekwencji aminokwasów. Jest to najtrudniejszy element w przewidywaniu struktury receptora ale niezwykle ważny ponieważ pętle zewnątrzkomórkowe są zlokalizowane w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca wiążącego i mają wpływ na sposób wiązania ligandów. Kluczowym etapem modelowania jest wybór najlepszego modelu receptora, który powinien przedstawiać prawdziwą strukturę białka receptorowego. W tym celu zastosowana została procedura weryfikująca oparta na trzech etapach: ocenie energii potencjalnej modeli, klasteryzacji otrzymanych struktur o niskiej energii oraz dokowaniu ligandów. W ostatnim oraz kluczowym etapie, wybór optymalnego modelu receptora odbywa się na podstawie dokowania dużego zbioru cząsteczek, które jak sugerują dostępne dane doświadczalne, powinny oddziaływać z danym białkiem receptorowym. Jako optymalny model receptora, wybierany jest ten który jak najlepiej wiąże cały zbiór testowanych cząsteczek. Stworzona metoda pozwala na generowanie modeli przestrzennych dla białek receptorowych z rodziny GPCR. Otrzymane struktury białek receptorowych znajdą zastosowanie w badaniach dotyczących oddziaływań receptor-ligand co jest kluczowe dla projektowania nowych leków.
