Исследователи из Кембриджского университета, Миланского университета и Google Research использовали методы машинного обучения, чтобы предсказать, как белки, особенно те, которые связаны с неврологическими заболеваниями, полностью меняют свою форму за считанные микросекунды.
Они обнаружили, что когда бета-амилоид , ключевой белок, участвующий в болезни Альцгеймера, принимает сильно неупорядоченную форму, на самом деле становится меньше шансов слипаться и образовывать токсичные кластеры, которые приводят к гибели клеток мозга.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Computational Science , могут помочь в будущей разработке методов лечения заболеваний, связанных с нарушением белков, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона.
«Мы привыкли думать о белках как о молекулах, которые складываются в четко определенные структуры: выяснение того, как происходит этот процесс, было основным направлением исследований за последние 50 лет», — сказал профессор Мишель Вендрусколо из Кембриджского центра болезней неправильной складки. исследование. «Однако около трети белков в нашем организме не сворачиваются, а вместо этого остаются в беспорядочной форме, как лапша в супе».
Нам мало что известно о поведении этих неупорядоченных белков, поскольку традиционные методы имеют тенденцию решать проблему определения статических структур, а не структур в движении. Подход, разработанный исследователями, использует возможности компьютерной сети Google для генерации большого количества коротких траекторий. Наиболее распространенные движения появляются несколько раз в этих «фильмах», что позволяет определить частоты, с которыми неупорядоченные белки переходят между разными формами.
«Подсчитывая эти движения, мы можем предсказать, в каком состоянии находится белок и как быстро он переходит между ними», — сказал первый автор Томас Лёр из Кембриджского химического факультета Юсуфа Хамиеда.
Исследователи сосредоточили свое внимание на бета-амилоидном пептиде , фрагменте белка, связанном с болезнью Альцгеймера, который объединяется с образованием амилоидных бляшек в головном мозге пострадавших людей. Они обнаружили, что бета-амилоид перескакивает между совершенно разными состояниями миллионы раз в секунду, не останавливаясь ни в каком конкретном состоянии. Это признак беспорядка и основная причина, по которой бета-амилоид до сих пор считается «не поддающимся лечению».
«Постоянное движение бета-амилоида — одна из причин, по которой его так трудно нацелить — это почти как попытаться поймать дым в руках», — сказал Вендрусколо.
Однако, изучая вариант бета-амилоида, в котором одна из аминокислот модифицируется путем окисления, исследователи получили представление о том, как сделать ее устойчивой к агрегации. Они обнаружили, что окисленный бета- амилоид меняет форму даже быстрее, чем его немодифицированный аналог, что дает обоснование, объясняющее снижение тенденции к агрегации окисленной версии.
«С химической точки зрения эта модификация является незначительным изменением. Но эффект на состояния и переходы между ними резкий», — сказал Лёр.