一組研究人員開發了一種創新方法來設計復雜的全α蛋白，其特征是血紅蛋白中所見的不均勻排列的α螺旋。利用他們的新穎方法，該團隊成功創建了五種獨特的全α蛋白質結構，每種結構都以其復雜的α 螺旋排列而著稱。這種能力在設計功能性蛋白質方面具有巨大的潛力。

該研究已于2024年1月4日發表在《自然結構與分子生物學》雜志上 。

蛋白質根據其氨基酸序列折疊成獨特的三維結構，然后決定其功能。盡管在蛋白質從頭設計方面取得了重大進展，但仍缺乏設計復雜的全α蛋白質(其中α螺旋在三維結構內非平行排列)的能力。“人工設計的蛋白質大多顯示出簡單的結構，但大自然向我們展示了復雜的‘設計’，”國立自然科學研究所 (NINS) 生命和生命系統探索研究中心 (ExCELLS) 的 Nobuyasu Koga 教授說。這一差距促使團隊尋找一種方法來設計如此復雜的全α蛋白。

該團隊首先檢查了蛋白質數據庫 (PDB) 中的結構，并鑒定了 18 個典型的螺旋-環-螺旋基序。然后他們證明，通過結合這些已識別的典型基序和規范的 α 螺旋，可以通過計算生成從簡單到復雜的各種全 α 蛋白三級結構。“令人驚訝的是，通過簡單地組合天然存在的蛋白質的典型或規范成分就可以生成如此多樣化的全 α 蛋白質結構，”前博士 Koya Sakuma 博士說。SOKENDAI(高等研究大學)的學生。

該團隊從計算生成的結構中選擇了五種獨特的全α蛋白，每種蛋白都有五個或六個α螺旋，并以其復雜的空間排列而著稱。然后，他們對能夠折疊成選定的五種全α蛋白質結構的氨基酸序列進行了從頭設計。

實驗結果是顯著的(見圖)。RIKEN 高級研究員 Naohiro Kobayashi 博士表示：“結構確定過程中出現的結構呈現出復雜的形狀，與計算設計的結構完美匹配。”

通過這種開發的方法，現在可以制造具有復雜形狀的全α蛋白。蛋白質的功能本質上取決于它們的三維結構。如果我們能夠設計具有復雜形狀的蛋白質，就增加了在其中構建功能位點的潛力。這項突破性研究將為創造新的功能性蛋白質鋪平道路，這將有助于醫療保健和生命科學。

研究團隊包括SOKENDAI(現為名古屋大學)的Koya Sakuma、RIKEN的Naohiro Kobayashi、大阪大學蛋白質研究所(IPR)的Toshihiko Sugiki(現為北里大學)、RIKEN的Toshio Nagashima、IPR的Toshimichi Fujiwara、大阪大學、千葉大學的 Kano Suzuki、ExCELLS NINS(現奈良科學技術大學)的 Naoya Kobayashi、千葉大學的 Takeshi Murata、分子科學研究所 (IMS) NINS 的 Takahiro Kosugi、ExCELLS NINS 的 Rie Tatsumi-Koga (現為大阪大學 IPR)，來自 IMS NINS、ExCELLS NINS、SOKENDAI 的 Nobuyasu Koga(現為大阪大學 IPR)。