Predicción computacional de las preferencias de aminoácidos de dominios de unión a péptidos potencialmente multiespecíficos implicados en las interacciones proteína-proteína

Resumen

Describimos una metodología basada en la diversificación de secuencias para estimar las preferencias de aminoácidos de sitios de unión multiespecíficos en interacciones proteína-proteína (PPIs). En esta estrategia, se generan miles de ligandos peptídicos potenciales y se seleccionan in silico, superando así algunas limitaciones de los métodos experimentales disponibles.

Resumen

Muchas interacciones proteína-proteína implican la unión de segmentos cortos de proteína a dominios de unión a péptidos. Por lo general, tales interacciones requieren el reconocimiento de motivos lineales con conservación variable. La combinación de regiones altamente conservadas y más variables en los mismos ligandos a menudo contribuye a la multiespecificidad de la unión, una propiedad común de las enzimas y las proteínas de señalización celular. La caracterización de las preferencias de aminoácidos de los dominios de unión a péptidos es importante para el diseño de mediadores de las interacciones proteína-proteína (PPI). Los métodos computacionales son una alternativa eficiente a las técnicas experimentales, a menudo costosas y engorrosas, ya que permiten el diseño de mediadores potenciales que pueden validarse posteriormente en experimentos posteriores. Aquí, describimos una metodología utilizando la aplicación Pepspec del paquete de modelado molecular Rosetta para predecir las preferencias de aminoácidos de los dominios de unión a péptidos. Esta metodología es útil cuando la estructura de la proteína receptora y la naturaleza del ligando peptídico son conocidas o se pueden inferir. La metodología comienza con un anclaje bien caracterizado del ligando, que se amplía mediante la adición aleatoria de residuos de aminoácidos. La afinidad de unión de los péptidos generados de esta manera se evalúa mediante el acoplamiento de péptidos de columna vertebral flexible para seleccionar los péptidos con las mejores puntuaciones de unión predichas. Estos péptidos se utilizan para calcular las preferencias de aminoácidos y, opcionalmente, para calcular una matriz de posición-peso (PWM) que se puede utilizar en estudios posteriores. Para ilustrar la aplicación de esta metodología, utilizamos la interacción entre subunidades del factor regulador 5 del interferón humano (IRF5), previamente conocido como multiespecífico pero guiado globalmente por un motivo conservado corto llamado pLxIS. Las preferencias estimadas de aminoácidos fueron consistentes con el conocimiento previo sobre la superficie de unión de IRF5. Las posiciones ocupadas por residuos de serina fosforilatables exhibieron una alta frecuencia de aspartato y glutamato, probablemente porque sus cadenas laterales cargadas negativamente son similares a las de la fosfoserina.

Introducción

La interacción entre dos proteínas a menudo implica la unión de segmentos cortos de aminoácidos a dominios de unión a péptidos, que se asemejan a las interfaces proteína-péptido. Las proteínas receptoras involucradas en tales interacciones proteína-proteína (PPI) a menudo tienen la capacidad de reconocer un cierto conjunto de secuencias de ligandos superpuestas pero divergentes, una propiedad conocida como multiespecificidad ^1,2. El reconocimiento multiespecífico es una característica de muchas proteínas celulares, pero es particularmente notable en las enzimas y las proteínas....

Protocolo

1. Preparación inicial de la interfaz proteína-péptido

1. Descargando la estructura del complejo proteína-proteína
   1. Navegue hasta la página de inicio del Banco de Datos de Proteínas (PDB) (https://www.rcsb.org/) y escriba el ID de PDB para la estructura del complejo proteína-proteína en el cuadro de búsqueda principal (Figura 2A). El ID de PDB para la estructura del dímero IRF5, utilizado como ejemplo en este trabajo, es 3DSH¹⁹.
   2. En la página principal de la estructura deseada, haga clic en Descargar archivos (

Discusión

El presente artículo describe un protocolo para estimar las preferencias de aminoácidos de sitios de unión potencialmente multiespecíficos basado en la diversificación de secuencias in silico. Se han desarrollado pocas herramientas computacionales para estimar las preferencias de aminoácidos de las interfaces proteína-péptido 14,25,26. Estas herramientas tienen una naturaleza predictiva,.......

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
BUDE Alanine Scan Server	University of Edinburgh	https://pragmaticproteindesign.bio.ed.ac.uk/balas/	doi: 10.1021/acschembio.9b00560
Rosetta Modeling Software	Rosetta Commons	https://www.rosettacommons.org/software	doi: 10.1002/prot.22851
UCSF Chimera	University of California San Francisco	https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/	doi: 10.1002/jcc.20084