hirdetés
2025. május. 04., vasárnap - Mónika, Flórián.
hirdetés

 

Új magyar módszer segítheti a fehérjekutatást

A Nature Communications folyóiratban megjelent tanulmányában a HUN-REN–ELTE Fehérjemodellező Kutatócsoport olyan matematikai módszer alapjait fektette le, amely fehérjék háromdimenziós szerkezetének számítógépes összehasonlítását teszi lehetővé. Az LoCoHD (Local Composition Hellinger Distance) technika az atomok helyzete mellett már az atomok kémiai információját is figyelembe veszi.

Szervezetünkben a fehérjék látják el a sejtek működéséhez szükséges feladatokat, ugyanis molekuláris gépekként képesek többek között egymást ki- és bekapcsolni, a DNS-ről információt átírni, kis- és nagymolekulák szállítását véghezvinni, valamint kémiai reakcióutakat szabályozni. Mindezek sikeréhez azonban elengedhetetlen az, hogy a szóban forgó fehérje a megfelelő téralkatot, tehát a saját 3D elrendeződését felvegye. Az atomok fehérjében történő elrendeződésének meghatározására több kísérleti módszer is rendelkezésre áll (röntgen-krisztallográfia, nukleáris magrezonancia spektroszkópia, krio-elektronmikroszkópia), melyekkel a fehérjekutatók az utóbbi pár évtizedben közel 220 ezer fehérje alakját derítették fel. Ezek az eredmények pedig egyre inkább igénylik azoknak a számítógépes módszereknek az elterjedését és fejlődését, melyek ezeket az elrendeződéseket képesek elemezni.Ilyen módszer az új, LoCoHD névre hallgató algoritmus is, amely a fehérjékben található aminosav-környezetek kémiai jellege (pl. elemösszetétel, töltés, víztaszító jelleg stb.) alapján hasonlít össze téralkatokat. A Perczel András kutatócsoportjában dolgozó Fazekas Zsolt, az ELTE Hevesy György Kémia Doktori Iskola hallgatója által fejlesztett módszer egyszerű, 0 és 1 közötti skálán dönti el, hogy a szóban forgó szerkezetek egymástól mennyire különböznek. A 0 közeli értékek magas hasonlóságot feltételeznek az atomi elrendeződések és kémiai sajátságok között, míg az 1 közeli értékek azt jelzik, hogy az összehasonlított fehérjék merőben más tulajdonságokkal rendelkezhetnek. A kapott számérték (ún. metrika) felhasználásával így újfajta információ nyerhető a tanulmányozott rendszerről.

Az ábra a LoCoHD metrika értékének számítási folyamatát mutatja lépésről lépésre, egy adott horgonypárhoz. A kémiai felbontást a primitív típus séma adja meg, amivel a valós szerkezet primitív atomokból álló szerkezetté alakítható (bal oldalt). Ezután a két összehasonlítandó primitív szerkezetből (középen, zöld és türkiz színnel) két horgonyatomot kiválasztva számítható egy 0 és 1 közötti szám a fenti képlet segítségével.
Az ábra a LoCoHD metrika értékének számítási folyamatát mutatja lépésről lépésre, egy adott horgonypárhoz. A kémiai felbontást a primitív típus séma adja meg, amivel a valós szerkezet primitív atomokból álló szerkezetté alakítható (bal oldalt). Ezután a két összehasonlítandó primitív szerkezetből (középen, zöld és türkiz színnel) két horgonyatomot kiválasztva számítható egy 0 és 1 közötti szám a fenti képlet segítségével.

Az algoritmus többlépéses protokoll alapján állítja elő a szerkezeti különbséget jellemző számot. Első lépésben a fehérjék atomjait átalakítja primitív atomokká. Ezeket olyan, virtuálisan felcímkézett atomokként képzelhetjük el, amelyeknek címkéi az adott atom kémiai jellegére utalnak (pl. „pozitív töltésű nitrogén”, „negatív töltésű oxigén”, „semleges töltésű oxigén”, „aromás szén”). A címkék előállítása ún. primitív típus séma alapján történik, ami táblázat formájában jelzi, hogy a valódi atomokat hogyan alakítsuk át primitív atomokká. A felhasználó a táblázatot szabadon kialakíthatja, rögzítve a módszer kémiai felbontását. Második lépésben történik az összehasonlítási pontok meghatározása, amihez kiválasztják a primitív atomok egy részét. A kiválasztott, speciális primitív atomokat horgonyatomoknak nevezik. A horgonyatom-párokhoz az algoritmus összehasonlítást végez, amelynek eredménye a kívánt hasonlóságot adja meg. Ezek a számok kezelhetők a fehérje kisebb részleteinek szintjén, vagy átlagolhatók, és akkor a teljes fehérjét jellemzik.

A Nature Communications folyóiratban megjelent tanulmányban a kutatók kiemelték, hogy a módszer a fehérjekutatásban jól ismert, kétévente megrendezett CASP (Critical Assessment of Protein Structure Prediction) versenyek során is felhasználható. Ezen az eseményen a versenyzők különböző algoritmusokkal igyekeznek a számukra ismeretlen térszerkezetű fehérjék alakjait megbecsülni. Az indulók kiértékelésére a CASP bírák számos szerkezet-összehasonlító módszert alkalmaznak, azonban ezek közül egyik sem veszi figyelembe a létrejövő lokális aminosav-környezetek kémiai jellegét. A 2020-ban megrendezett CASP14 verseny adatait felhasználva most a kutatók több lemodellezett fehérje összehasonlító elemzését is elvégezték, köztük a mesterséges intelligencia alapú AlphaFold2 módszer által jósolt térszerkezetekét is. Ezek közül kiemelték a SARS-CoV-2 vírus ORF8 nevezetű fehérjéjének analízisét. A fehérjéhez tartozó modellszerkezetekben olyan aminosav-környezeteket azonosítottak, amelyek kölcsönhatási mintázataikban jelentősen eltérnek a kísérleti szerkezetben található környezetekkel.

Az ábra a podocinban található His276 és Met19 erősen kétállapotú aminosavak LoCoHD görbéjét (felső grafikonok) és szerkezetét (alsó panelek) mutatja molekuladinamikai szimulációban. A szimuláció során a His276 aminosav egy hélix rövidülésében játszik szerepet, míg a Met197 aminosav egy hidrofób üreg kitöltéséért felelős.
Az ábra a podocinban található His276 és Met19 erősen kétállapotú aminosavak LoCoHD görbéjét (felső grafikonok) és szerkezetét (alsó panelek) mutatja molekuladinamikai szimulációban. A szimuláció során a His276 aminosav egy hélix rövidülésében játszik szerepet, míg a Met197 aminosav egy hidrofób üreg kitöltéséért felelős.

A statikus térszerkezetek tanulmányozása mellett a kutatók azt is megvizsgálták, hogy a módszer alkalmas-e a fehérjék belső mozgásának analízisére. Ehhez molekuláris mozgások tanulmányozására alkalmas szimulációkat, illetve szerkezeti sokaságokból kinyert adatokat használtak fel. Az egyik vizsgált rendszer a podocin fehérje volt, amely létfontosságú feladatokat lát el a vesében, és mutációi súlyos, gyakran halálhoz vezető elváltozásokat képesek okozni. A LoCoHD módszer segítségével a fehérjében olyan aminosavakat azonosítottak, amelyek a podocin mozgása során nagy kémiai környezetváltozásokon esnek át, így befolyásolják annak térszerkezetét és funkcióját.

A technika sikeresen teljesített a HIV-1 kapszidfehérje vizsgálatakor is, ahol a vírus burkának kialakulásában kritikus szerepet betöltő aminosavat emelt ki.

A fehérjeszerkezetek hatékonyabb tanulmányozása nem csak a kutatók számára rendkívül izgalmas, de általa közelebb kerülhetünk a súlyos betegségeket okozó kórokozók jobb megismeréséhez, ezzel a gyógyszerek és a terápiás eljárások fejlesztéséhez is.

Olvasói vélemény: 0,0 / 10
Értékelés:
A cikk értékeléséhez, kérjük először jelentkezzen be!
hirdetés

Könyveink

  • learn more Patikai emlékek. Kerámiaedények

    A Semmelweis Orvostörténeti Múzeum gyógyszerésztörténeti szakgyűjteményei közül nem csupán számbeli nagyságával, és szakmailag...

  • learn more Árpád-kori templomok - látvány térkép

    A magyar történelem, a honfoglalás után korszak –az államalapítás korának- ötvenöt szép és jelentős műemlékét mutatja be...

  • learn more Kisklinikumi szakismeretek

    Fejezetei a különféle betegségben szenvedők ápolását mutatják be betegségtípusonként, jól áttekinthető, tagolt formában, amely...

  • learn more És mégis - Összegyűjtött írások (1983-2015)

    B. Gáspár Judit könyve három évtized írásait gyűjti egybe. Pszichoanalitikus szemléletű kortárs gondolkodó szólal...

  • learn more Pszichiátria - másképp

    A szerző mindazoknak ajánlja könyvét, akik kapcsolatba kerültek a pszichiátriával, akár mint vizsgázók, akár mint terapeuták. A könyv...

  • learn more Akadémikus portrék - Erdei Anna - immunológus

    A kötet Herzka Ferenc dokumentumfilm-rendező, szerkesztő által készített portréfilm szövegéből készült...

  • learn more Kreativitás - Az elme kerekei

    A kiadó most új köntösben, „Az elme kerekei" címmel induló sorozat első tagjaként ajánlja a világszerte nagy sikerű Kreativitást az...

  • learn more 150 EKG kérdés (javított kiadás)

    Bár a gyakorlat és a tapasztalat semmivel sem helyettesíthető, ez a könyv egy lépéssel közelebb áll a klinikai valósághoz, mint azok a...

  • learn more Utazás- orvostani ismeretek gyógyszerészeknek

    A magyar utazók több mint 92%-a Európán belül utazik, ahol nincs fertőző megbetegedési veszély, civilizáltak a...

  • learn more Recept nélkül kapható gyógyszerek

    Ez a könyv gyógyszerekhez nyújt segítséget, a recept nélkül kapható gyógyszerek a témája. A gyógyszerész ismeri a hatóanyagokat,...

  • learn more Gyakorlati fájdalomcsillapítás

    A fájdalomcsillapítás minden gyakorló orvosnak feladata és kötelessége úgy, mint az elsősegélynyújtás vagy a reszuszcitáció. A...

  • learn more Kötözzük sebeinket

    A mindennapokban rengeteg alkalommal kerülünk kapcsolatba sebekkel. Akár háztartási balesetek kapcsán, akár orvosi beavatkozás eredményeként. A...

  • learn more Férfigyógyászat

    Az orvosi szakterületek szétválása óta létezik a nőgyógyászat, amely alapvetően a női reprodukcióval és annak szerveivel foglalkozik. A FÉRFIGYÓGYÁSZAT...

  • learn more Fukushima [3.11] Maradjunk vagy menjünk? (memoár) - Személyes történet a 2011-es tohokui földrengésről, tsunamiról és a fukushimai atomkatasztrófáról

    Popovics Péter a családjával együtt 10 évet élt Japánban, és Yokohamában (Fukushimától 180 km-re) élte át a 2011 márciusi történelmi földrengést, melynek következményei gyökeresen megváltoztatták mindannyiuk életét. Az emlékirat egyrészt a szerző gyerekeinek nyújt magyarázatot a család gyökereire, másrészt pedig feldolgozza családjuk azon megpróbáltatásait, melyekre a fukushimai atomerőműbaleset következtében az események sodrása nem adott lehetőséget. A könyv központi része a földrengés napjától számítva napi bontásban mutatja be a katasztrófa kibontakozásával párhuzamosan a velük történteket mindaddig, amíg el nem hagyták Japánt. Nyelv: magyar...

  • learn more Gyermekbántalmazás

    A bántalmazott gyermekek védelme érdekében kiemelt fontosságú az esetek korai felismerése, a védő intézkedések mielőbbi megtétele. Könyv célja, hogy...

  • learn more Tehetség/Talentum Jó szerencse, semmi más?

    "Jelen könyv Czeizel professzor életműve összefoglalásának is tekinthető a tehetség témakörben. A világhírű...

  • learn more Hogyan vizsgáljunk ultrahanggal?

    Az ultrahang-diagnosztikai protokollokat bemutató szakkönyv átdolgozott, bővített, új kiadása a vizsgálatokat végző szakemberek...

  • learn more Biológiai terápia a hazai reumatológiai gyakorlatban

    Az intercelluláris kommunikáció és ezen belül a citokinek szerepének és jelentőségének megismerése...

  • learn more Jó étel, jó élet

    "Elakadt a táplálkozás útvesztőjében? Ez a kézikönyv segít a fiataloknak, kezdő háziasszonyoknak, babás családoknak és mindenkinek, aki szeretteinek,...

  • learn more Velencei-tó látványtérképe

    Az elmúlt évek jelentős turisztikai fejlesztései is megtalálhatóak már a Civertan Grafikai Stúdiónak a Velencei-tavat és térségét bemutató...