一种设计淀粉样聚集肽的阻断器的研究方法介绍

许多蛋白质含有仅在自缔合或与相互作用伙伴结合时才变得有序的片段，例如淀粉样蛋白Aβ42、tau蛋白、血清淀粉样蛋白A1等蛋白质中发现的淀粉样蛋白生成序列。这些区域可通过链-链相互作用聚集形成淀粉样原纤维，并与中枢神经系统疾病相关。针对这些淀粉样蛋白生成片段设计结合剂可用作诊断、治疗和研究工具。

尽管已有一些抗体和结合分子被筛选出来以抑制原纤维的成核和生长，但靶向特定区域和特定构象状态的结合剂设计仍然是一个突出的挑战。本文作者推断，可以利用淀粉样蛋白肽的β链形成倾向来计算设计对应的结合剂。作者试图创建一种支架，能够为肽上所有主链酰胺和羰基原子提供β链配对相互作用。作者从FoldIt设计的混合α/β拓扑蛋白质开始，人工设计了额外的β链和螺旋来稳定支架，其中延伸的β-折叠缺少单个中心β-片层。在不存在中心β-片层时，该支架可由α-螺旋支撑，随后使用Rosetta组合序列设计同时优化支架序列和肽结合序列，作者认为这种“双边”策略相比只优化支架序列能更容易设计出强结合力的肽-支架配对。

随后，作者筛选了116个高亲和力、高稳定性的设计进行实验表征。发现36%的设计在不存在肽时也良好表达且单分散，肽结合的Kd在44uM到150nM之间。作者基于结构表征还设计了一些突变体和二硫键变体，以进一步优化亲和力。

受到双边设计实验验证的鼓励，作者接下来研究是否可以设计针对天然肽片段的结合剂，即“单边”设计问题。作者通过将Aβ42肽、tau、转甲状腺素蛋白和血清淀粉样蛋白A1的匹配区域以β构象对接到支架结构中，随后重新设计序列以最大化β链的接触，并通过实验验证了一系列设计，能够浓度依赖性地抑制原纤维结构的形成。

总的来说，作者开发了一种通用的计算策略，以针对淀粉样蛋白生成肽的β-链设计结合剂，这类结合剂有助于淀粉样蛋白相关疾病的治疗和研究。