De vraag hoe de chemische samenstelling van een eiwit - de aminozuursequentie - zijn 3D-structuur bepaalt, is al meer dan een halve eeuw een van de grootste uitdagingen in de biofysica. Er is veel vraag naar deze kennis over het zogenaamde "vouwen" van eiwitten, omdat het een belangrijke bijdrage levert aan het begrip van onder meer verschillende ziekten en hun behandeling. Om deze redenen heeft het DeepMind-onderzoeksteam van Google AlphaFold ontwikkeld, een kunstmatige intelligentie die 3D-structuren voorspelt.

Een team bestaande uit onderzoekers van de Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) en de University of California, Los Angeles, heeft deze structuren nu onder de loep genomen en onderzocht op knopen. Knopen kennen we vooral van schoenveters en kabels, maar ze komen ook op nanoschaal voor in onze cellen. Geknoopte eiwitten kunnen niet alleen worden gebruikt om de kwaliteit van structuurvoorspellingen te beoordelen, maar roepen ook belangrijke vragen op over vouwmechanismen en de evolutie van eiwitten.

De meest complexe knopen als test voor AlphaFold

"We hebben alle - dat zijn ongeveer 100.000 - voorspellingen van AlphaFold voor nieuwe eiwitknopen numeriek onderzocht", zegt Maarten A. Brems, een Ph.D. student in de groep van Dr. Peter Virnau aan de Universiteit van Mainz. Het doel was om zeldzame, hoogwaardige structuren te identificeren die complexe en voorheen onbekende eiwitknopen bevatten om een ​​basis te bieden voor experimentele verificatie van de voorspellingen van AlphaFold. De studie ontdekte niet alleen het meest complexe geknoopte eiwit tot nu toe, maar ook de eerste samengestelde knopen in eiwitten. Dit laatste kan worden gezien als twee afzonderlijke knopen aan dezelfde snaar.

"Deze nieuwe ontdekkingen geven ook inzicht in de evolutionaire mechanismen achter dergelijke zeldzame eiwitten", voegt Robert Runkel toe, een theoretisch fysicus die ook bij het project betrokken is. De resultaten van deze studie zijn onlangs gepubliceerd in Protein Science .

Dr. Peter Virnau is blij met de resultaten:"We hebben al een samenwerking tot stand gebracht met onze collega Dr. Todd Yeates van UCLA om deze structuren experimenteel te bevestigen. Deze onderzoekslijn zal de kijk van de biofysische gemeenschap op kunstmatige intelligentie bepalen - en we hebben geluk om een ​​expert als Todd Yeates erbij te betrekken." + Verder verkennen

Natuurkundigen gebruiken wiskundige algoritmen om experimentele 3D-structuren van chromosomen te onderzoeken