Proteinele sunt principalii purtători ai activităților vieții. Agruparea funcțională a proteinelor este un mijloc important de a explora procesele fiziologice în care sunt implicate și de a proiecta noi proteine, etc. Metodele existente în principal grupează proteine basate pe asemănarea secvențelor primare de aminoacizi și le folosesc pentru a deduce funcțiile și relațiile lor evolutive. Cu toate acestea, funcția proteinei este determinată de structura sa spațială tridimensională, iar dezvoltarea unor metode de grupare a proteinelor cu randament ridicat bazate pe structura tridimensională va oferi un mijloc mai direct și mai fiabil pentru cercetarea funcției proteinelor și va promova extragerea funcțională a proteinelor necunoscute. .
Grupul lui Caixia Gao de la Institutul de Genetică și Biologie a Dezvoltării, Academia Chineză de Științe, a fost pionier în utilizarea predicției structurii asistate de IA pentru a stabili o metodă de grupare a proteinelor pe trei niveluri, care a fost extinsă la un nou sistem de extracție a deaminazei și a dezvoltat o serie de instrumente noi de editare de bază cu drepturi de proprietate intelectuală independente chineze. Lucrarea oferă o strategie nouă pentru analiza funcției proteinelor și extragerea de noi elemente funcționale, iar rezultatele cercetării aferente au fost publicate în Cell pe 27 iunie.
Sistemele de editare de bază pot realiza editarea precisă a ADN-ului sau ARN-ului cu precizie unică de nucleotidă, care este o tehnologie transformatoare pentru cercetarea funcției genelor, tratamentul bolilor și reproducerea biologică. Cu toate acestea, componentele de bază ale sistemelor de editare de bază existente, deaminazele, provin dintr-o singură familie, ceea ce duce la multe limitări ale editării de bază încă, iar editarea este încă dificil de a răspunde nevoilor aplicațiilor diversificate. Prin urmare, este deosebit de important să explorați în mod inovator noi deaminaze și să dezvoltați noi instrumente de editare de bază pentru diferite scenarii de aplicație.
Pentru a rezolva problemele de mai sus, grupul de cercetare al lui Caixia Gao a folosit în mod inovator predicția structurii proteinelor la scară largă asistată de AI pentru a stabili o nouă metodă de grupare a proteinelor de mare randament bazată pe structura terțiară, a realizat exploatarea în profunzime a structurii funcționale a deaminazelor, identificată. elemente de șasiu complet noi, care sunt diferite de enzimele cunoscute ale instrumentelor de deaminază și au dezvoltat o serie de instrumente noi de editare de bază.
Cercetătorii au efectuat predicția în vrac a structurii 3D a secvențelor funcționale reprezentative ale deaminazei prin modelul de predicție a structurii proteinei AlphaFold2 și au efectuat în continuare compararea și gruparea proteinelor bazate pe structura 3D inovatoare pentru a clasifica potențialele deaminaze în 20 de ramuri diferite. În plus față de deaminaza citozină APOBEC/AID raportată, au fost detectate cinci ramuri noi de citozin deaminaze active structural și secvențial.
▲ Structura proteinelor prezisă pe baza AlphaFold2 (Sursa imagine: Referință [1])
Printre aceste ramuri, gruparea structurală ulterioară și validarea funcțională a proteinelor cu un domeniu structural de dezaminare asemănător DddA (ADN-deaminaza toxină A-catenară dublă) a arătat că această ramură conține un număr mare de proteine cu activitate de dezaminare a ADN-ului monocatenar în în plus față de proteinele postulate anterior cu activitate de dezaminare a ADN-ului dublu catenar, care Acest lucru a răsturnat cunoștințele anterioare cu privire la funcția acestei clase de proteine.
Studiul de mai sus arată că gruparea structurii proteinelor asistată de AI poate produce rezultate mai precise decât metoda tradițională de grupare bazată pe secvențe primare de aminoacizi atunci când omologia secvenței colecției de proteine este scăzută și funcțiile sunt diverse. Astfel, această metodă oferă o nouă strategie eficientă și fiabilă pentru analiza funcției proteinelor și minerit.
Pe baza rezultatelor grupării ulterioare menționate mai sus, cercetătorii au identificat recent 45 de citozin deaminaze cu un singur lanț (Sdd) și 13 citozin deaminaze cu lanț dublu (Ddd). Aceste deaminaze sunt în prezent toate deaminaze derivate procariote (bacteriene), în timp ce membrii actuali ai familiei de deaminaze APOBEC/AID sunt toți derivati eucarioți (în principal oameni, mamifere sau pești).
Cercetătorii au dezvoltat o serie de sisteme noi de editare a bazelor bazate pe aceste deaminaze și le-au testat în celule animale și vegetale. Rezultatele au arătat că sistemele de editare de bază dublu-catenar nou dezvoltate bazate pe deaminaze Ddd1 și Ddd9 au depășit deficiențele editorilor convenționali cu o eficiență de editare semnificativ mai mică pentru secvențele GC; sistemele de editare de bază monocatenare bazate pe Sdd7 și Sdd3 au prezentat o activitate de editare foarte mare și au avut, de asemenea, o capacitate de editare de bază considerabilă în secvențele GC; sistemul de editare de bază monocatenar bazat pe Sdd6 a arătat extrem de Sdd6-sistemul de editare de bază monocatenar a arătat o specificitate ridicată și evenimente nedetectabile în afara țintă.
Cercetarea a dezvoltat în continuare un nou editor de bază Sdd6-CBE care poate fi încapsulat de un singur virus adeno-asociat (AAV) prin proiectarea rațională a proteinelor și validarea funcțională și a obținut o eficiență de editare de până la 43,1% la un șoarece. linie celulară, rezolvând provocarea conform căreia editorii de bază convenționali sunt prea mari pentru a fi livrate prin încapsularea particulelor de adenovirus. În plus, pentru a aborda problema de lungă durată a eficienței scăzute de editare a bazei în soia, echipa a dezvoltat recent sistemul Sdd7-CBE și a obținut 34 de plante editate stabil, cu o eficiență de editare de până la 22,1% în 154 de plante de soia pozitive. răsaduri. Această cercetare sparge blocajul aplicării deaminazelor existente și arată aplicarea promițătoare a noului sistem de editare a bazelor în medicină și agricultură.
参考资料: