Zeitschrift für Proteomik und Bioinformatik
Offener Zugang

Abstrakt

In-silico-Design eines an großen neutralen Aminosäuren reichen Proteins unter Verwendung von bovinem αs1-Casein zur Behandlung von Phenylketonurie

Prakruthi Appaiah und Prasanna Vasu

Phenylketonurie (PKU) ist eine genetisch bedingte Krankheit, bei der der Körper aufgrund eines defekten Enzyms Phenylalaninhydroxylase (PAH) Phenylalanin (Phe) nicht in Tyrosin (Tyr) umwandeln kann. Dadurch steigt der Phe-Spiegel im Blut an und verursacht neurologische Schäden. Von allen Therapien hat sich die Nahrungsergänzung mit großen neutralen Aminosäuren (LNAA) als vielversprechender Ansatz zur diätetischen Behandlung von PKU erwiesen, bei der die LNAA mit Phe um denselben L-Typ-Transporter für große neutrale Aminosäuren (LAT1, SLC7A5) über die Blut-Hirn-Schranke konkurrieren, wodurch der Phe-Spiegel im Gehirn sinkt. In dieser Studie haben wir durch Homologiemodellierung ein leicht verdauliches, mit LNAA (außer Phe) angereichertes Protein entwickelt, wobei wir bovines αs1-Casein als Vorlage verwendet haben. Unsere Herausforderung bestand darin, die LNAAs (außer Phe) im Proteinmodell zu maximieren, indem wir ein geeignetes Gerüst zur Aufnahme der LNAAs fanden und so das übliche Konzept der Homologiemodellierung auf den Kopf stellten. Bioinformatik-Tools wie SWISS-MODEL, EXPASY, PROFUNC, I-TASSER, RaptorX und SAVeS Server wurden zur Strukturvorhersage und Validierung des entworfenen Proteins verwendet. Aus 63 verschiedenen entworfenen Modellen wurde Protein Model-54 aufgrund der Sequenzähnlichkeit zur Vorlage (61,4 %), der kompakten 3D-Struktur, die nur α-Helices und Spulen ohne β-Faltblätter enthält (QMEAN-Score von 0,567), und der guten In-silico-Verdaulichkeit ausgewählt. Das Molekulargewicht des Proteins betrug 12.094,6 Da. Das Ramachandran-Diagramm zeigte, dass das entworfene Protein 89,9 % Aminosäurereste in der bevorzugten Region mit einem ERRAT-Score von 88,04 enthielt. Basierend auf diesen Bewertungen erwies sich Protein Model-54 als das beste, stabilste und zuverlässigste Modell, das für PKU-Patienten von hoher ernährungsphysiologischer Bedeutung sein könnte.