Predizione computazionale delle preferenze amminoacidiche di domini di legame peptidico potenzialmente multispecifici coinvolti nelle interazioni proteina-proteina

Riepilogo

Descriviamo una metodologia basata sulla diversificazione delle sequenze per stimare le preferenze amminoacidiche dei siti di legame multispecifici nelle interazioni proteina-proteina (PPI). In questa strategia, migliaia di potenziali ligandi peptidici vengono generati e sottoposti a screening in silico, superando così alcune limitazioni dei metodi sperimentali disponibili.

Abstract

Molte interazioni proteina-proteina coinvolgono il legame di brevi segmenti proteici ai domini di legame dei peptidi. Di solito, tali interazioni richiedono il riconoscimento di motivi lineari con conservazione variabile. La combinazione di regioni altamente conservate e più variabili negli stessi ligandi spesso contribuisce alla multispecificità del legame, una proprietà comune degli enzimi e delle proteine di segnalazione cellulare. La caratterizzazione delle preferenze amminoacidiche dei domini di legame dei peptidi è importante per la progettazione di mediatori delle interazioni proteina-proteina (PPI). I metodi computazionali sono un'alternativa efficiente alle tecniche sperimentali, spesso costose e ingombranti, consentendo la progettazione di potenziali mediatori che possono essere successivamente convalidati in esperimenti a valle. Qui, abbiamo descritto una metodologia che utilizza l'applicazione Pepspec del pacchetto di modellazione molecolare Rosetta per prevedere le preferenze amminoacidiche dei domini di legame peptidico. Questa metodologia è utile quando la struttura della proteina recettore e la natura del ligando peptidico sono entrambe note o possono essere dedotte. La metodologia inizia con un'ancora ben caratterizzata dal ligando, che viene estesa aggiungendo in modo casuale residui di amminoacidi. L'affinità di legame dei peptidi generati in questo modo viene quindi valutata mediante docking del peptide della spina dorsale flessibile al fine di selezionare i peptidi con i migliori punteggi di legame previsti. Questi peptidi vengono quindi utilizzati per calcolare le preferenze degli amminoacidi e per calcolare facoltativamente una matrice posizione-peso (PWM) che può essere utilizzata in ulteriori studi. Per illustrare l'applicazione di questa metodologia, abbiamo utilizzato l'interazione tra subunità del fattore regolatore dell'interferone umano 5 (IRF5), precedentemente noto per essere multispecifico ma globalmente guidato da un breve motivo conservato chiamato pLxIS. Le preferenze stimate per gli amminoacidi erano coerenti con le conoscenze precedenti sulla superficie di legame di IRF5. Le posizioni occupate da residui di serina fosforilabili hanno mostrato un'alta frequenza di aspartato e glutammato, probabilmente perché le loro catene laterali caricate negativamente sono simili alla fosfosserina.

Introduzione

L'interazione tra due proteine spesso comporta il legame di brevi segmenti di amminoacidi a domini di legame peptidico, simili alle interfacce proteina-peptide. Le proteine recettoriali coinvolte in tali interazioni proteina-proteina (PPI) hanno spesso la capacità di riconoscere un certo insieme di sequenze di ligandi sovrapposte ma divergenti, una proprietà nota come multispecificità ^1,2. Il riconoscimento multispecifico è una caratteristica di molte proteine cellulari, ma è particolarmente notevole negli enzimi e nelle proteine di segnalazione cellulare³

Protocollo

1. Preparazione iniziale dell'interfaccia proteina-peptide

1. Scaricare la struttura del complesso proteina-proteina
   1. Accedere alla home page della Protein Data Bank (PDB) (https://www.rcsb.org/) e digitare l'ID PDB per la struttura del complesso proteina-proteina nella casella di ricerca principale (Figura 2A). L'ID PDB per la struttura del dimero IRF5, utilizzato come esempio in questo lavoro, è 3DSH¹⁹.
   2. Nella pagina principale relativa alla struttura desiderata, cliccare su Download Files (Figura 2B

Discussione

Il presente articolo descrive un protocollo per stimare le preferenze amminoacidiche di siti di legame potenzialmente multispecifici basato sulla diversificazione di sequenze in silico. Pochi strumenti computazionali sono stati sviluppati per stimare le preferenze amminoacidiche delle interfacce proteina-peptide 14,25,26. Questi strumenti hanno una natura predittiva, ma differiscono per gli algo.......

Materiali

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