Interaction Disign
除了催化剂的de novo设计法,更新的尝试是重新工程设计大分子之间相互作用的界面,或者在蛋白之间,或者在一种蛋白和核酸之间,这是一个十分重要的目标。大分子相互作用在细胞中起到十分关键的调节和功能作用。重新设计大分子的相互作用可以引导新药物、研究工具盒诊断方法的开发。
在David Baker研究小组中,Lukasz Joachimiak,其中一个学生,与现任加州大学教授Tanja Kortemme利用一种测试床(test bed)来检查colicin E7(一种非特异的DNAase)和它的抑制剂免疫蛋白Im7之间的相互作用。他们首次证实只要接触该复合体中的任一伴侣就会导致复合体不稳定。并且之后证实了可以通过一种成员的补偿效应来修复它们的相互作用。在这种方法中,他们开发了一种新的组成伴侣之间具有subnanomolar亲和力,但不能语同类的野生型伴侣相互作用的蛋白质—蛋白质对。
我们同样也进行设计一新的蛋白质—DNA之间相互作用的工作。例如,2002年,与华盛顿大学和西雅图的Fred Hutchinson癌症研究中心合作,通过融合来自两种独立的管家酶—I-DmoI和I-CreI的区域,他们发现了一种新的核酸内切酶E-DreI。这种新型酶具有父本酶的DNA结合特异性。
最近,研究小组中的Jim Havranek扩展了ROSETTA设计方法来重新设计蛋白-DNA之间的相互作用的特异性。一个本科生Justin Ashworth计算设计了管家核酸内切酶I-MsoI切开一种新的DNA序列的界面。Justin的对这种重新设计的酶的实验描述表明该没能有效的切开新位点,但不是原始位点,并且高通量的结晶体结构分析证实设计的准确性。
同时研究小组现在也利用计算的设计方法试图建立一种有用的治疗用途的内切酶。设计而成的酶可以转入突变细胞或者生物体中,和一个突变基因的野生型拷贝一起驱动基因治疗。通过新型的酶来消除疾病基因之后,野生型序列可以推进DNA修复,因此修复了这种遗传缺陷。与世界范围的研究小组合作,我们试图设计一种新内切酶来失活疟原虫生存和传播所必需的蚊子基因。这种工程设计的酶可以在疟疾的消除计划中起到重要作用。
Other Applications
除了以上提及的方面,其实蛋白设计方法在许多方面都具有不可预知的作用。比如许多重要的人类疾病,包括老年痴呆和帕金森综合症,都与蛋白的错误折叠形成淀粉纤维有关。UCLA的David Eisenberg研究小组去年取得了弄清楚这种事件是怎样发生的重大突破,这是他们首次分析淀粉质形成多肽的高通量结构后发现的结果。ROSETTA中的设计方法被用于证实产生的淀粉结构的设计模型与序列一致。
蛋白设计同样具有商业性的应用。例如Xencor,加州的一家蛋白设计公司,利用它的蛋白设计自动化技术开发了XPro-1595,一种肿瘤坏死因子α的负抑制剂,预期在2006年进入临床试验阶段。Sangamo Biosciences公司的研究者们最近宣布他们成功的利用一种新设计的锌指结构酶来修复基因。生物传感器,可以用于构建芯片,或者甚至调节移植的人工胰腺。
当创造全新的蛋白结构出现的情况下,当前蛋白设计领域的研究的目标是将别处发现的功能赋予现有蛋白的研究中为了增强蛋白结构预测和设计相关联的庞大的构想和序列空间搜索,David Baker研究小组中的David Kim开发了一种分布式计算版本的ROSETTA,称作rosetta@home,可以用于集中世界上成千上万的电脑的计算能力。
最近一次统计,rosetta@home在全世界内具有67,000用户,可以产生组合的29负点运算的计算能力—足够其成为2005年11月公布的世界最顶尖的超级计算机排行榜的第八名。随之发生的网络计算能力在不断的增加速度,ROSETTA的结构预测方法可以进一步改善,同时也可以更快地检验新构想。


