AlphaFoldを使用した溶解度アウェアタンパク質結合ペプチド設計

新しいタンパク質間相互作用（PPI）が特定されていますが、PPIは従来の標的と比較して物理化学的特性が異なるため、小分子の使用が困難です。ペプチドはPPIを標的とする新しいモダリティを提供しますが、計算による適切なペプチド配列の設計は困難です。最近、AlphafoldとRosettafoldは、超高精度でアミノ酸配列からタンパク質構造を予測することを可能にし、de novoタンパク質の設計を可能にしました。Alphafoldを使用したDe Novoタンパク質設計法であるAfdesignの「バインダー幻覚」プロトコルを使用して、ターゲットタンパク質としてPPIを持つ可能性が高いペプチドを設計しました。しかし、ペプチドの溶解度は低い傾向がありました。したがって、アミノ酸の溶解度インデックスを使用した溶解度損失関数を設計し、溶解度を認識したAfdesignバインダー幻覚プロトコルを開発しました。新しいプロトコルを使用して設計されたシーケンスのペプチド溶解度は、溶解度損失関数の重量とともに増加しました。さらに、彼らは溶解度インデックスの特性をキャプチャしました。さらに、新しいプロトコル配列は、結合親和性をドッキングすることにより評価されると、ランダムまたは単一残基置換配列よりも高い親和性を持つ傾向がありました。私たちのアプローチは、溶解度を制御しながらPPIの界面に結合できるペプチド配列を設計することが可能であることを示しています。

New protein-protein interactions (PPIs) are identified, but PPIs have different physicochemical properties compared with conventional targets, making it difficult to use small molecules. Peptides offer a new modality to target PPIs, but designing appropriate peptide sequences by computation is challenging. Recently, AlphaFold and RoseTTAFold have made it possible to predict protein structures from amino acid sequences with ultra-high accuracy, enabling de novo protein design. We designed peptides likely to have PPI as the target protein using the "binder hallucination" protocol of AfDesign, a de novo protein design method using AlphaFold. However, the solubility of the peptides tended to be low. Therefore, we designed a solubility loss function using solubility indices for amino acids and developed a solubility-aware AfDesign binder hallucination protocol. The peptide solubility in sequences designed using the new protocol increased with the weight of the solubility loss function; moreover, they captured the characteristics of the solubility indices. Moreover, the new protocol sequences tended to have higher affinity than random or single residue substitution sequences when evaluated by docking binding affinity. Our approach shows that it is possible to design peptide sequences that can bind to the interface of PPI while controlling solubility.