蛋白质中的信号路径映射可以揭示药物开发的新方向

利用以前应用于交通拥堵和电网的数学，研究人员开发了一种新的方法来映射蛋白质中的信号传播。蛋白质是在人体每个细胞内发现的分子，它们具有生命所必需的各种功能。许多蛋白质具有与其他分子结合的“活性位点”，使其能够执行不同的功能，例如催化生化反应或调节基因表达。

活性位点通常被旨在对抗由蛋白质功能失常引起的一系列疾病的药物靶向。然而，一些蛋白质还具有其他分子结合的其他位点，导致蛋白质改变其形状并改变主要活性位点的功能。例如，蛋白质可以通过这种额外的结合“活化”或“失活”。这个过程被称为“allostery”，这些额外的变构位点通常远离蛋白质结构中的主要活性位点。

已知许多蛋白质具有变构位点，这些对于生物学功能是至关重要的。然而，最大的谜团是如何预测这些变构位点是否存在以及存在于何处，以及信号如何通过蛋白质从变构位点传播到活性位点。现在，伦敦帝国理工学院的研究人员使用复杂的数学方法通过蛋白质准确追踪变构信号。他们今天发表在Nature Communications上的方法不仅允许他们通过识别所涉及的化学键来跟踪信号，还可以预测新的变构位点。

新药目标

变构网站是一个令人兴奋的新药物目标，因为它们比活性网站具有更大的灵活性。活性位点的结构可以在几种蛋白质之间共享，这意味着任何针对该特定结构的药物都可能具有副作用，而变构位点更具特异性，并且针对它们可以最小化不需要的干扰。

研究的共同作者，帝国数学系的Mauricio Barahona教授一直在研究基础数学工具，并已将其应用于交通拥堵和电网级联故障的研究。

他说：“在所有这些情况下，这个概念都是一样的：我们看看信号如何在图形结构中传播，无论是城市道路网络中的汽车，电网中的电力，还是化学品债券的波动。蛋白质的结构。

“当一条线路在电网中跳闸时，它可以对网络的远端部分产生最大的影响。同样的原则在allostery中起作用。”

来自帝国化学系的Sophia Yaliraki教授一直致力于研究基础化学理论，他补充说：“在每种情况下建模的目的是弄清楚如何干扰信号 - 要么增强信号还是要破坏信号。破坏蛋白质中的信号可以抑制其功能，有效地针对蛋白质发生故障的疾病。

“这取决于蛋白质的特定原子级结构，以及它的整体三维形状。”

映射影响者

数学模型通过映射影响因子起作用 - 在这种情况下，化学键响应于来自活性位点的传播信号影响其他键。尽管需要大量信息，但根据Yaliraki教授的说法，计算方法“非常有效”，允许在几分钟内绘制大型复杂蛋白质中的信号通路。

研究人员已将该模型应用于许多已知的变构位点，并发现它们能够准确预测它们的存在和位置。现在，他们正在将这种方法应用于尚未发现的蛋白质的蛋白质，以期确定药物开发的新目标。

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