AlphaFold 3 -algoritmin käyttö SpyTag-SpyCatcher-konjugaation suunnittelussa

Abstract

Entsyymit ovat biologisia tehtaita, jotka katalysoivat organismeille tärkeitä kemiallisia reaktioita, jotta ne tapahtuvat kyllin nopeasti mahdollistaakseen organismien elämän. Entsyymit ovat proteiineja, joiden katalyyttinen toiminta perustuu niiden kolmiulotteisen rakenteen toiminnallisuuteen. Proteiinien kolmiulotteisen rakenteen selvittäminen kokeellisesti on aikaa vievää ja kallista. Tämän takia on kehitetty AlphaFold-algoritmi, joka ennustaa proteiinien kolmiulotteisen rakenteen niiden aminohapposekvenssistä.

Työssä tutkittiin proteiinikompleksia, jossa hiilihappoanhydraasi ja formiaattidehydrogenaasi on liitetty toisiinsa SpyTag-peptidillä ja SpyCatcher-proteiinilla. Työn tarkoituksena oli käyttää AlphaFold-algoritmien uusinta versiota, AlphaFold 3:a, tuottamaan hyödyllistä tietoa jatkotutkimuksia varten ja samalla selvittää, miten algoritmi toimii, ja kuinka sen tuottamien mallien oikeellisuutta voidaan arvioida. Kompleksin osien kaikki eri kombinaatiot mallinnettiin ja malleista valittiin paras ja heikoin AlphaFold 3 -algoritmin tuottaman luotettavuusarvon perusteella. Parasta ja heikointa mallia vertailtiin toisiinsa ja kirjallisuudesta löytyviin, kokeellisin mittauksin selvitettyihin rakenteisiin.

Molemmissa malleissa kompleksin osat laskostuivat lähes natiiviin muotoonsa ja entsyymien aktiiviset paikat pysyivät lähes muuttumattomina verrattuna kirjallisuudesta haettuihin malleihin. Parhaan ja huonoimman mallin eron arvioitiin johtuvan suurilta osin parhaimman mallin kyvyllä laskostua tiukemmin. Tämän takia algoritmi pystyy olemaan varmempi kompleksin osien sijainneista suhteessa toisiinsa.

Työn perusteella voidaan arvioida entsyymien pysyvän toiminnallisina myös tutkitussa kompleksissa. AlphaFold 3 pystyi tuottamaan jatkotutkimukselle hyödyllistä tietoa, mutta sen tuottama tieto ja siitä tehdyt johtopäätökset voidaan todeta käytännössä oikeiksi vasta kokeellisten tutkimusten suorittamisen jälkeen.