Top7

Top7 es una proteína artificial, clasificada como proteína de novo . Esto significa que la proteína en sí fue diseñada para tener una estructura y propiedades funcionales específicas. ^{[ 1 ]}

Top7 fue diseñado por Brian Kuhlman y Gautam Dantas en el laboratorio de David Baker en la Universidad de Washington . ^{[ 2 ]} El diseño de Top7 se construyó mediante un método computacional general que repetía el diseño de su secuencia y la predicción de su estructura. El objetivo final era desarrollar una proteína α/β de 93 residuos con una nueva secuencia y disposición de su estructura, o topología. Estos métodos computacionales ayudaron a diseñar las proteínas junto con algoritmos de predicción de la estructura de proteínas . ^{[ 2 ]}

La secuencia de residuos resultante es:

DIQVQVNIDDNGKNFDYTYTVTTESELQKVLNELKDYIKKQGAKRVRISITARTKKEAEKFAAILIKVFAELGYNDINVTFDGDTVTVEGQLE

Debido a su diseño de novo, Top7 posee una estructura tridimensional única. Se describe como una proteína α/β de 93 residuos, lo que sugiere que Top7 contiene tanto hélices alfa (α) como láminas beta (β) en su estructura secundaria. En general, la estructura consta de dos hélices alfa empaquetadas sobre una lámina beta antiparalela de cinco hebras . La combinación de hélices alfa y láminas beta es común en las estructuras proteicas y contribuye a la estabilidad y funcionalidad generales de la proteína.

Para lograr la estructura deseada, los investigadores primero desarrollaron un diagrama bidimensional y lo utilizaron para determinar las restricciones que les permitieron construir el modelo tridimensional de Top7. La determinación de la estructura de rayos X de alta resolución de la proteína expresada y purificada experimentalmente reveló que la estructura ( PDB : 1QYS) era, de hecho, muy similar (1,2 Å RMSD ) al modelo diseñado por computadora.

Los investigadores utilizaron diversos métodos biofísicos para caracterizar la proteína Top7. Estos procesos permitieron definir ciertas características para describirla. La cromatografía de filtración en gel se utilizó para determinar que Top7 es monomérica y altamente soluble. También se descubrió que un aumento de la temperatura permite que la proteína se despliegue de forma cooperativa y muestre desnaturalización por frío. Los ensayos de cristalización con el diseño de Top7 dieron como resultado diferencias insignificantes en la resonancia magnética nuclear; por lo tanto, el modelo de diseño exhibió una estructura muy similar a la estructura real. ^{[ 2 ]} Se utilizaron modelos basados ​​en la estructura para estudiar con mayor profundidad las características de plegamiento de Top7. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Mediante estos análisis se determinó que la proteína Top7 es extremadamente estable. ^{[ 2 ]}

Top7 exhibe un comportamiento de plegamiento no cooperativo. ^{[ 5 ]} Muchas proteínas naturales muestran un plegamiento cooperativo, lo que indica que toda la estructura se pliega en un procedimiento coordinado. En contraste, el plegamiento de Top7 no sigue un proceso suave y de una sola fase. Su característica no cooperativa puede estar relacionada con su secuencia diseñada, que promueve la formación de una estructura intermedia C-terminal plegada de forma independiente. Los estudios encontraron que las mutaciones tanto en el extremo C-terminal como en el N-terminal de la secuencia de aminoácidos de un modelo base demuestran que existe una secuencia probable de Top7 que permite el plegamiento cooperativo. ^{[ 3 ]}

La creación de la proteína de novo Top7 demuestra la capacidad de los métodos computacionales para crear proteínas con estructuras tridimensionales específicas. Esto tiene amplias implicaciones para el avance del campo del diseño computacional de proteínas y proporciona una plataforma para la creación de nuevas biomoléculas con las propiedades deseadas. ^{[ 2 ]} La estabilidad y las características de plegamiento de Top7 ofrecen información sobre la relación entre secuencia, estructura y cooperatividad del plegamiento. La comprensión de estos principios puede contribuir al desarrollo de proteínas más estables y funcionales que no se deriven de la evolución natural. ^{[ 6 ]}

Top7 fue destacada como la "Molécula del Mes" del Banco de Datos de Proteínas RCSB en octubre de 2005, y una superposición de los núcleos respectivos (residuos 60-79) de sus estructuras predichas y cristalinas de rayos X se muestran en el logotipo de Rosetta@home . ^{[ 7 ]}