都是幾何學：蛋白質接觸表面握有治癒關鍵

It's All About Geometry: Protein Contact Surfaces Hold Key to Cures
http://www.physorg.com/news121015443.html

January 31, 2008

你母親總是告訴你好好做你的幾何學作業，而對於尋找疾病，如帕金森氏症與阿茲海默症，新療法的科學家來說，這個忠告在目標上證明是正確的。

在原子層級的蛋白質景觀中，形狀決定了這些生物分子的所有重要功能。例如，當某個蛋白質分子是帕金森氏症與細胞膜結合的原因時，某種能中斷此一互動的藥物候選者能 -- 避免疾病發展以及保護病患？這全都倚賴精確的幾何學與蛋白質結構的能量。

研究者 Igor Tsigelny 及其在 San Diego 超級電腦中心（SDSC）與 UCSD 的同僚，開發出一種新工具，稱為 MAPAS（Membrane-Associated Protein Assessments，膜相關蛋白質評估），能夠駕馭 SDSC 與 Argonne 國家實驗室超級電腦的力量，來研究這些蛋白質如何能夠與細胞膜接觸。結果證明，這些 3D 的「虛擬分子世界」在使研究者能放大（zoom in）所有重要接觸過程的細節上，功效卓著，給予許多毀滅性疾病，從帕金森氏症與阿茲海默症到腎臟病與癌症，新療法的希望。

"能探索蛋白質與細胞膜接觸區域的結構細節相當重要，這讓我們能了解疾病發展的分子機制，" Tsigelny 說。"這些知識能在許多化合物的選擇中，給予關鍵的指導。這些化合物很有可能在干擾這樣的蛋白質--膜接觸互動並協助治療這些疾病中，做的很好。"

研究者在 2008 年 2 月號的 Nature Methods 當中描述這種 MAPAS 工具。

在蛋白質研究中，傳統方法是將其結晶化，並且用 X 光照射它，這產生關於其 3D 幾何結構的資訊，即「蛋白質結構」。不過這種方法在確認一個蛋白質的關鍵部份（那將參與細胞膜接觸）上有很大的困難度。

"這就是為何能夠在理論上，利用如我們所開發的電腦程式，預測這些蛋白質接觸表面會相當重要的緣故，" Tsigelny 說。

在進行預測時，MAPAS 會從幾何學上的簡單構想開始。因為一個單獨的蛋白質分子比一個圓形的細胞要小，當蛋白質接近細胞膜時，它看起來就像是個平面。這種方法讓研究者能更有效率地運算他們正在尋找的結構資訊。

MAPAS 工具將蛋白質的已知 3D 形狀當成起點，接著應用一組基於綜合的 Steered Molecular Dynamics（SMD）計算的評分方式，來預測這個蛋白質結構是否能與細胞膜形成強健的接觸。如果是這樣，MAPAS 會繼續確認所有構成這個蛋白質的平面。就是這些平坦的蛋白質表面能與細胞膜接觸，而 MAPAS 基於特定蛋白接觸與構成細胞膜的脂質，預測這些區域當中的哪一個，最有可能與此膜結合。

該團隊藉由讓 MAPAS 確認一些已知的膜接觸蛋白，來驗證其效能。這個強大的 MAPAS 程式與其虛擬的蛋白質世界，在延伸蛋白質的基礎科學了解與對抗疾病上，已能提供重要的優勢。

Tsigelny 表示，"我們目前正利用 MAPAS 來研究阿茲海默症的疾病機制，以及涉及腎病與某些癌症過程的分子模型。" 研究者也在研究要創造出一種由超級電腦所加持（powered）的系統，那能夠將許多程式，包括 MAPAS 與許多資料來源統合，以完成涉及膜--蛋白連接之疾病機制無所不包的研究。

※ 相關報導：

＊ MAPAS: a tool for predicting membrane-contacting protein surfaces
http://www.nature.com/nmeth/journal/v5/n2/full/nmeth0208-119.html

Yuriy Sharikov, Ross C Walker, Jerry Greenberg,
Valentina Kouznetsova, Sanjay K Nigam, Mark A Miller,
Eliezer Masliah & Igor F Tsigelny
Nature Methods - 5, 119 (2008)
doi:10.1038/nmeth0208-119

＊ 在電腦內預測蛋白質結構的新方法
＊ DNA 是新結構的藍圖、承包商與建築工人
＊ 化學家解決生物學挑戰
＊ 分子因 DNA 串的聚合反應而自動推進
＊ 研究：強力分子馬達加速病毒組裝
＊ 繞過 DNA 的遺傳新途徑：RNA 快取樣板！
＊ 遺傳上的「心電感應」？DNA 的奇異新特性
＊ 添加到生物遺傳密碼中的人造鹼基對？

＊ 科學家發現大樺斑蝶遷徙的分子基礎
＊ 髮中蛋白質可望再生神經
＊ 研究：孕婦採地中海飲食可避免幼兒氣喘
＊ 科學家發現能防止 HIV 擴散的蛋白質
＊ 新發現成為治療白血病的大突破
＊ 合成細菌基因 人造生物大突破
＊ 基因改造蚊子或能徹底消滅登革熱
＊ 新藥物策略以新穎方式對抗細菌感染

＊ 電漿子能以空前解析度觀察活細胞的化學反應
＊ 研究者獲得快照闡明物質如何進入細胞
＊ 第一張詳細的細胞核孔複合體圖誕生
＊ 3D 虛擬實境加速奈米機器人研發
＊ 奈米影片：捕捉 RNA 分子的三維移動畫面
＊ 史丹佛科學家將 2D 影像變成 3D 模型

＊ 法國科學家計算平均首度通過時間
＊ 電一下，「奈米釘」從防水變成可弄溼
＊ 愈小愈強 -- 現在科學家知道為何如此
＊ 雪花的數學模型