縮れた型システインリッチドメインのWnt結合親和性の構造ベースの予測

Wntシグナル伝達経路は、発達と発生発生に大きな関心を持っています。これらの経路の最初のステップは、通常、縮れた受容体のシステインリッチドメイン（CRD）へのWNTタンパク質の結合を含みます。Wnt-Frizzledの相互作用は、分泌された縮れ関連タンパク質（SFRP）によって拮抗することができます。多数のWNT、縮れ、SFRP、およびWNTの疎水性の性質は、WNTを含む相互作用の実験室ベースの調査に課題をもたらします。ここでは、代表的なWnt-Frizzled CRD相互作用の構造的知識を利用し、Wnt-Frizzled CRD相互作用の選択のための実験的に決定された結合親和性を利用して、Wnt-Frizzled CRD相互作用の相同性モデルを生成し、定量的構造活性関係を開発しました。彼らの拘束力のある親和性を予測します。派生モデルには、タンパク質 - タンパク質ドッキングで使用されるスコアリング関数から派生した用語の少量の選択と、WNT凍結結合親和性へのWNTの脂質による寄与を考慮したエネルギー用語が組み込まれています。外部テストセットを使用した検証は、モデルがケースの75％の結合親和性を正確に予測できること、および予測に関連するエラーが実験エラーに匹敵することを示唆しています。このモデルは、マウスの全範囲とヒトWnt-frizzledおよびWnt-SFRP相互作用の結合親和性を予測するために適用され、縮れたおよびSFRP CRDに対するWNT結合親和性の傾向を示しています。この研究で行われた包括的な予測は、以前に未開拓のWnt-FrizzledおよびWnt-SFRP相互作用の実験室ベースの研究の基礎を提供し、さらに、さらにWNTシグナル伝達経路を明らかにする可能性があります。

Wnt signaling pathways are of significant interest in development and oncogenesis. The first step in these pathways typically involves the binding of a Wnt protein to the cysteine-rich domain (CRD) of a Frizzled receptor. Wnt-Frizzled interactions can be antagonized by secreted Frizzled-related proteins (SFRPs), which also contain a Frizzled-like CRD. The large number of Wnts, Frizzleds, and SFRPs, as well as the hydrophobic nature of Wnt, poses challenges to laboratory-based investigations of interactions involving Wnt. Here, utilizing structural knowledge of a representative Wnt-Frizzled CRD interaction, as well as experimentally determined binding affinities for a selection of Wnt-Frizzled CRD interactions, we generated homology models of Wnt-Frizzled CRD interactions and developed a quantitative structure-activity relationship for predicting their binding affinities. The derived model incorporates a small selection of terms derived from scoring functions used in protein-protein docking, as well as an energetic term considering the contribution made by the lipid of Wnt to the Wnt-Frizzled binding affinity. Validation with an external test set suggests that the model can accurately predict binding affinity for 75% of cases and that the error associated with the predictions is comparable with the experimental error. The model was applied to predict the binding affinities of the full range of mouse and human Wnt-Frizzled and Wnt-SFRP interactions, indicating trends in Wnt binding affinity for Frizzled and SFRP CRDs. The comprehensive predictions made in this study provide the basis for laboratory-based studies of previously unexplored Wnt-Frizzled and Wnt-SFRP interactions, which, in turn, may reveal further Wnt signaling pathways.