Các mô phỏng trên siêu máy tính tiết lộ tập hợp của protein tác động đến tương tác giữa thụ thể và phối tử

Các giai đoạn đầu của phát triển thuốc thường sử dụng việc mô phỏng các tương tác giữa một phân tử với protein đích của nó. Dẫu các mô phỏng đó có thể đề xuất thuốc nào là hiệu quả, tương tác đó vẫn có thể  không diễn ra đúng ý muốn như hứa hẹn lý thuyết cyar nó khi thử nghiệm trên tế bào sống. Nhà lý sinh tính toán Yuji Sugita của Trung tâm nghiên cứu động lực học của các hệ sinh học  RIKEN (BDR) và đồng nghiệp của anh muốn làm cho các mô phỏng này trở nên chính xác hơn bằng việc giải thích các tế bào tụ tập trong các môi trường thông thường.

“Nhiều loại protein và các phân tử lớn đang hiện diện trong các tế bào, tạo ra một môi trường đông đúc”, Sugita nói. “Trên thực tế, các phân tử lớn chiếm tới một phần tư hay một nửa số lượng bào chất trong một tế bào. Chúng tôi muốn khám phá kiểu môi trường có nhiều protein ảnh hưởng như thế nào đến liên kết với thuốc để hướng đích các protein”.

Để làm được điều này, họ đã phát triển một chương trình phần mềm tối ưu cao mang tên GENESIS cho các siêu máy tính ở Nhật Bản. Sau đó họ thực hiện các mô phỏng các tương tác của enzyme (c-Src kinase) với một thụ thể (PP1) ở thời gian cỡ micro giây trong các nồng độ albumin huyết thanh bò (BSA) khác nhau. Cộng sự của Sugita là Michael Feig, một giáo sư của trường đại học Michigan, đã thực hiện các mô phỏng trong cùng một hệ sử dụng siêu máy tính động lực học phân tử tại Mĩ. Nhóm nghiên cưu đã chọn kinase c-Src - một enzyme xúc tác cho việc chuyển các nhóm phosphate từ các phân tử năng lượng cao, cung cấp phosphate đến các phân tử đích cụ thể, bởi enzyme này điều chỉnh các con đường truyền tính trạng và những rối loạn điều tiết của nó liên quan đến nhiều loại bệnh tật, bao gồm cả nhiều bệnh ung thư.

Các nhà nghiên cứu tìm thấy sự tụ tập do BSA gây ra làm giảm thiểu lượng PP1 có thể chạm tới enzyme c-Src kinase khi ngăn cản việc nó đến gần enzyme này cũng như làm tương tác đó yếu đi.

Do đó, chỉ một lượng nhỏ PP1 có thể đi qua đám đông này. Tuy nhiên các mô phỏng cũng chứng tỏ việc đám đông BSA bao quanh một số vị trí liên kết trên c-Src kinase và thay đổi hình dạng của nó, dẫn đến thay đổi các đường sẵn có để chạm vào các vị trí liên kết.

Nhà lý sinh tính toán Yuji Sugita của Trung tâm nghiên cứu động lực học của các hệ sinh học  RIKEN (BDR). Nguồn: RIKEN

Nhóm nghiên cứu đã đánh giá các kết quả của mình bằng việc thực hiện một số thử nghiệm trong phòng thí nghiệm bằng việc sử dụng các protein thông thường trong những điều kiện thông thường. Mikako Shirouzu và đồng nghiệp trong RIKEN BDR đã thực hiện các thí nghiệm này, qua đó chứng tỏ là hiệu quả của PP1 trong việc ức chế c-Src kinase giảm khi nồng độ BSA tăng.

Công bố "Reduced efficacy of a Src kinase inhibitor in crowded protein solution" được xuất bản trên tạp chí Nature Communications 1. 

Nhóm nghiên cứu còn muốn kiểm tra thí nghiệm này trên những protein khác và các loại thuốc khác. Họ muốn hướng tới việc sử dụng các siêu máy tính để nghiên cứu chức năng của. “Những môi trường khác nhau đó có thể ảnh hưởng đến các chức năng của protein một cách tương tự nhau hay khác nhau, chúng ta vẫn còn chưa rõ”, Sugita nói.

Anh Vũ tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2021-10-supercomputer-simulations-reveal-protein-crowding.html

https://www.riken.jp/en/news_pubs/research_news/rr/20211021_1/index.html

---------------------------------

1. https://www.nature.com/articles/s41467-021-24349-5