معرفی نویسنده

پرهام حاجی شفیع

دانشجوی ارشد بیوانفورماتیک (دانشگاه تربیت مدرس)

تعیین ساختار پروتیین های نابسامان (IDP) با استفاده از روشهای نوترونی و ابرکامپیوترها

تعیین ساختار پروتیین های نابسامان (IDP) با استفاده از روشهای نوترونی و ابرکامپیوترها

دانشمندان با استفاده از ابر رایانه Titan و منبع  Sputation Neutron در آزمایشگاه ملی Oak Ridge متعلق به وزارت انرژی، دقیق ترین مدل سه بعدی از یک پروتئین ذاتاً نابسامان ایجاد کرده و مجموعه ساختارهای سطح اتمی آن را نشان داده اند.

 همانطور که از نام آن مشخص است، یک IDP مانند سایر پروتئین ها ساختار پایا و منظم ندارد، درعوض، انعطاف پذیر است و می تواند چندین ساختار سه بعدی در هر لحظه از زمان داشته باشد. عدم وجود یک ساختار منحصر به فرد برای عملکرد بیولوژیکی IDP ضروری است، اما مطالعه آن را از نظر فنی چالش برانگیز می کند.  IDP ها ممکن است یک پروتئین کامل یا یک قسمت از پروتئین ساختار یافته باشند و قطعا بخش بزرگی از پروتئین های انسانی، میکروب ها و گیاهان را تشکیل می دهند.

لوکاس پتریدیس، دانشمند سرشناس مرکز بیوفیزیک مولکولی در ORNL، هدایت تیمی از محققان را برعهده دارد تا بتوانند روش نوینی در پیشبینی مدل اینگونه بیوسیستم ها پایه گذاری کند که به راستی می تواند منجر به درک بهتری از عملکردهای بیولوژیکی آنها شود. در طی سه سال گذشته  این تیم برای آزمایش های شبیه سازی پیشرفته پراکندگی نوترون با دینامیک مولکولی (MD) ناچار به استفاده از قدرت ابر رایانه Titan شدند.

 به طور معمول ، محققان آزمایش هایی از قبیل پراکندگی نوترون با زاویه کوچک ، پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک و یا رزونانس مغناطیسی هسته ای را برای بررسی سیستمهای بیولوژیکی انعطاف پذیر انجام می دهند. با این وجود این روشها،  تصویری دقیق از سطح اتمی ساختارهای سه بعدی IDP  که به عنوان مجموعه تنظیمات آن شناخته می شود، ارائه نمی دهد. علاوه بر این، آنها فقط می توانند داده های متوسط گروه را تولید کنند و قادر به تولید داده های کانفیگوراسیون های اساسی و ویژه ساختار پروتئین نیستند. دانشمندان شبیه سازی های رایانه ای IDP را نیز انجام داده اند و آنها را با چنین آزمایش هایی مقایسه می کنند و امیدوارند نتایج مشابهی را کسب کنند تا صحت این مدل ها بررسی شود. این شبیه سازی های MD را برای تعیین نحوه حرکت پروتئین ها استفاده می کنند. مهمترین موفقیت این تیم ، اجرای بسیاری از شبیه سازی های MD به صورت موازی بر روی Titan بود و این امکان را فراهم می آورد تا شبیه سازی ها با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و   تبادل اطلاعات داشته باشند.

برای مثال این تیم دامنه N ترمینال c-Src kinase است که یک پروتئین بزرگ سیگنالینگ در انسان است را برای مطالعه  نتخاب کرده که جهش در این پروتئین پیچیده با سرطان در ارتباط است و همین امر آن را به یک هدف مهم دارویی تبدیل می کند. دانشمندان توانستند ضمن نقشه برداری از این دامنه غیر شفاف، اطلاعات جدیدی را در مورد ساختارهای سه‌بعدی آن کشف کنند که روش های قبلی نشان نداده بودند. به عنوان مثال اگرچه این پروتیین تا حد زیادی بی نظم هستند اما ساختارهای مرتب گذرا مانند مارپیچ را تشکیل می دهد.
مدل دقیق کامپیوتر از مجموعه ساختار سه بعدی IDP ، درها را برای آزمایش های بیشتر باز می کند. به عنوان مثال ، دانشمندان می توانند اثر فسفوریلاسیون (افزودن یک گروه فسفات به پروتئین که می تواند عملکرد پروتئین را تنظیم کند) شبیه سازی کنند تا ببینند چه تغییرات ساختاری در c-Src kinase انجام می شود که می تواند عملکرد آن را تحت تأثیر قرار دهد.

منبع : https://scitechdaily.com/using-a-supercomputer-and-neutrons-to-reveal-structures-of-intrinsically-disordered-protein/

 

کلید واژه ها: ##پروتیین_های_نابسامان ##ابرکامپیوتر_Titan ##شبیه_سازی_دینامیک_مولکولی ##بیوانفورماتیک ##ساختار_سه_بعدی_پروتیین

telegram