Derin öğrenme, proteinlerin nasıl etkileşime girdiğini ortaya çıkarır

Protein etkileşimlerinin 3 boyutlu bilgisayarlı yapısal modellemesi, derin öğrenme ve evrimsel analiz ile mümkün hale getirilmiştir. Kredi: Ian Haydon/UW Protein Tasarımı Tıp Enstitüsü

Bilim adamları, ökaryotlardaki çoğu proteinin nasıl etkileşime girdiğine dair üç boyutlu modeller oluşturmak için evrimsel analiz ve derin öğrenmedeki son gelişmeleri birleştiriyor. (Ökaryotlar, hücreleri genetik materyalleri tutmak için zara bağlı bir çekirdeğe sahip olan organizmalardır.)

Araştırma çabasının tüm hayvanlar, bitkiler ve mantarlar için ortak olan biyokimyasal süreçleri anlamak için çıkarımları vardır. Açık erişim çalışması 11 Kasım’da Bilim.

Çok kurumlu bir işbirliğinin parçası olarak, David Baker’ın UW Tıp Enstitüsü Protein Tasarımı’ndaki laboratuvarı bu yeni gelişmeye rehberlik etti.

Baker, “Sağlığa ve hastalığa neden olan hücresel koşulları gerçekten anlamak için, bir hücredeki farklı proteinlerin birlikte nasıl çalıştığını bilmek çok önemlidir.” Dedi. “Bu yazıda, ökaryotik hücrelerdeki hemen hemen her çekirdek süreç için protein etkileşimleri hakkında ayrıntılı bilgi sağlıyoruz. Bu, daha önce hiç görülmemiş yüzden fazla etkileşimi içeriyor.”

Tüm hücrelerin beygir gücü olan proteinler nadiren tek başlarına hareket ederler. Farklı proteinler, belirli görevleri yerine getiren kesin kompleksler oluşturmak için çoğu zaman bir araya gelmelidir. Bunlar, genleri okumak, besinleri sindirmek ve komşu hücrelerden ve dış dünyadan gelen sinyallere yanıt vermeyi içerebilir. Protein kompleksleri arızalandığında, hastalık ortaya çıkabilir.

Biyofizik yardımcı doçenti kıdemli yazar Qian Cong, “Bu çalışma, derin öğrenmenin artık biyolojideki onlarca yıllık sorulara – yalnızca belirli bir proteinin neye benzediğini değil, aynı zamanda hangi proteinlerin etkileşime girmek için bir araya geldiğini – gerçek içgörüler üretebileceğini gösteriyor” dedi. Texas Üniversitesi Güneybatı Tıp Merkezi.

UW Medicine, University of Texas Southwestern Medical Center, Harvard Üniversitesi ve diğer birkaç kurumdan bir yapısal biyolog ekibi, protein komplekslerine yol açan etkileşimleri ayrıntılı bir şekilde haritalamak için mayadaki bilinen tüm gen dizilerini inceledi. Gelişmiş istatistiksel analizleri kullanarak, doğal olarak mutasyonları bağlantılı bir şekilde alan gen çiftlerini tanımladılar. Bu tür ortak mutasyonların, genlerin kodladığı proteinlerin fiziksel olarak etkileşime girmesi gerektiğinin bir işareti olduğu sonucuna vardılar.

Araştırmacılar ayrıca bu etkileşimli proteinlerin üç boyutlu şekillerini modellemek için yeni bir derin öğrenme yazılımı kullandılar. UW Medicine’de icat edilen RoseTTAFold ve Alphabet’in yan kuruluşu DeepMind tarafından icat edilen AlphaFold, protein komplekslerinin yüzlerce ayrıntılı resmini oluşturmak için kullanıldı.

Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi biyokimya profesörü olan Baker, “Bilgisayar yöntemleri daha güçlü hale geldikçe, büyük miktarda bilimsel veri üretmek her zamankinden daha kolay, ancak bunlardan bir anlam çıkarmak hala bilimsel uzmanlar gerektiriyor” dedi. “Bu yüzden 3 boyutlu protein modellerimizi yorumlamak için bir köy uzman biyologu işe aldık. Bu, toplum biliminin en iyi halidir.”

Yüzlerce yeni tanımlanmış protein kompleksi, hücrelerin nasıl işlediğine dair zengin bilgiler sağlar. Örneğin, bir kompleks, insanlarda DNA onarımı ve kanser ilerlemesinde önemli bir rol oynadığı bilinen RAD51 proteinini içerir. Bir diğeri, insanlarda nörogelişimsel bozukluklar ve kanserle ilişkilendirilen, tam olarak anlaşılmayan enzim glikosilfosfatidilinositol transamidazı içerir. Bu ve diğer proteinlerin nasıl etkileşime girdiğini anlamak, çok çeşitli sağlık bozuklukları için yeni ilaçların geliştirilmesine kapı açabilir.

Bu çalışmada üretilen protein yapıları ModelArchive’den indirilebilir. Araştırmacılar, modellerin arşive verimli bir şekilde yerleştirilmesini sağlamak için formatların ve yazılım kodunun oluşturulmasına verdiği destek için Protein Veri Bankası’ndan merhum John Westbrook’a teşekkür ediyor ve hatırlıyorlar. Sonuçları bildiren Science makalesi, Westbrook’un ölümü sırasında hazırlanıyordu.

Çekirdek ökaryotik protein komplekslerinin hesaplanmış yapılarına ilişkin proje, tümü UW Medicine’den Ian Humphrey, Aditya Krishnakumar ve Minkyung Baek ile Texas Southwestern Tıp Merkezi Üniversitesi’nden Jimin Pei tarafından yönetildi. İşbirliği yapılan kurumlar arasında UW Medicine, UT Southwestern, Harvard Üniversitesi, Wayne State Üniversitesi, Cornell Üniversitesi, MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarı, Memorial Sloan Kettering Kanser Merkezi, Gerstner Sloan Kettering Biyomedikal Bilimler Enstitüsü, Fred Hutchinson Kanser Araştırma Merkezi, Columbia Üniversitesi, Üniversite bulunmaktadır. Würzburg, St Jude Çocuk Araştırma Hastanesi, FIRC Moleküler Onkoloji Enstitüsü ve Istituto di Genetica Molecolare, Consiglio Nazionale delle Ricerche.


Yapay zeka, protein etkileşimlerini başarıyla tahmin ediyor


Daha fazla bilgi:
Ian R. Humphreys ve diğerleri, Çekirdek ökaryotik protein komplekslerinin hesaplanmış yapıları, Bilim (2021). DOI: 10.1126/science.abm4805

Washington Üniversitesi Tıp Fakültesi tarafından sağlanmıştır

Alıntı: Derin öğrenme, proteinlerin nasıl etkileşime girdiğini ortaya koyuyor (2021, 23 Kasım), https://techxplore.com/news/2021-11-deep-reveals-proteins-interact.html adresinden alındı.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.





#Derin #öğrenme #proteinlerin #nasıl #etkileşime #girdiğini #ortaya #çıkarır