Poudarki:

• Metoda za hkratno preučevanje več kot 20.000 interakcij med proteini
• Računska metoda za načrtovanje ortogonalnih setov (kjer se vsak peptid veže le s svojim partnerjem)
• Meritev preko 26.000 interakcij med peptidi, za tvorbo obvitih vijačnic
• Nova bolj natančna funkcija, ki omogoča napoved vezave med obvitimi vijačnicam
• Dizajniran največji do sedaj znan ortogonalni set obvitih vijačnic s petnajstimi pari!

Članek bo omogočil načrtovanje kompleksnih proteinskih origami struktur za dostavo zdravil in druge aplikacije v sintezni biologiji.

Interakcije med proteini (ang. PPI – Protein Protein Interactions) so ključne za biološke funkcije in jih uporabljamo v različnih aplikacijah, od načrtovanja zdravil do sintetičnih celičnih vezij. V naši raziskovalni skupini smo načrtovane obvite vijačnice uporabili za veliko načinov sestavljanja novih proteinskih struktur uravnavanja delovanja človeških celic, vključno z možnostmi uporabe za terapijo (Ljubetič in sod. Nat.Biotech. 2017, Fink in sod. Nat.Chem.Biol. 2019, Merljak in sod., Nat.Commun. 2023, Praznik in sod. Nat.Comm. 2019, Lebar in sod. Nat.Chem.Biol. 2020, Aupič in sod. Sci.Adv. 2022, Lapenta in sod. Nat.Comm. 2021, Lainšček in sod. Nat.Comm. 2022, Satler in sod. JACS 2023).

Izjemno pomemben koncept pri načrtovanih PPI je ortogonalnost. V ortogonalnem setu se med sabo povežejo le posamezni točno določeni pari, ostale interakcije pa so  bistveno šibkejše. Ortogonalnost tako poenostavi nadaljnje aplikacije, saj lahko točno določimo kateri deli načrtovanega sistema se med seboj povežejo.

Razvili smo največji do sedaj znani ortogonalni set obvitih vijačnic (ang. CC – coiled coils), večji tudi od vseh doslej znanih iz naravnih ali načrtovanih proteinov. Obvite vijačnice so sestavljene iz dveh α-vijačnic, ki se povezujejo preko natančno določenih aminokislinskih ostankov. Do sedaj nismo imeli na razpolago načina za načrtovanje velikih ortogonalnih setov, zato smo razvili novo računsko metodo na osnovi teorije grafov, ki omogoča hiter izbor ortogonalnih setov na osnovi izračunanih interakcij. Prav tako ni bilo na voljo metode za napoved ortogonalnosti obvitih vijačnic. Zato smo razvili eksperimentalno metodo (ang. NGB2H – Next Generation Bacterial Two Hybrid), ki omogoča hkratno meritev številnih proteinskih interakcij. V posamezni epruveti lahko s to metodo izmerimo več 10.000 interakcij naenkrat.  Skupaj smo izmerili moč interakcije med več kot 26.000 obvitimi vijačnicami. Največji ortogonalni set, ki smo ga razvili ima ker 15 parov, kar je dvakrat več od do sedaj obstoječega seta ortogonalnih CC (Crooks in sod. Biochemistry, 2017).

Naš pristop zagotavlja učinkovito orodje za načrtovanje ortogonalnih PPI, razvite računske in eksperimentalne metode pa bodo uporabne za širok nabor znanstvenikov.

Raziskave sta vodila sodelavca Odseka za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu dr. Ajasja Ljubetič in prof. Roman Jerala. Raziskave so bile opravljanje v sodelovanju z laboratorijem Sri Kosurija z University of California, LA, USA, kjer so ključno prispevali za eksperimentalni del.

Rezultati so bili objavljeni v reviji Nature Communications (IF = 17.7).

Povezava na članek: https://www.nature.com/articles/s41467-023-38697-x

Kontakt za več informacij: ajasja.ljubetic(at)ki.si, roman.jerala(at)ki.si