Immunomforschung
Offener Zugang

Abstrakt

pDOCK: eine neue Technik zum schnellen und präzisen Andocken von Peptidliganden an Haupthistokompatibilitätskomplexe

Javed Mohammed Khan, Shoba Ranganathan

Hintergrund: Die Identifizierung antigener Peptid-Epitope ist eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung molekularer Impfstoffe auf T-Zellen-Basis. Computergestützte (sequenz- und strukturbasierte) Methoden sind im Vergleich zu experimentellen Ansätzen beim Screening zahlreicher Peptide auf ihre entsprechenden MHC-Allele kostengünstig und effizient. In strukturbasierten Protokollen, die für Allele mit begrenzten Epitopdaten geeignet sind, besteht der erste Schritt darin, hochbindende Peptide mithilfe von Dockingtechniken zu identifizieren. Diese müssen in Bezug auf Geschwindigkeit und Effizienz verbessert werden, um in groß angelegten Screeningstudien nützlich zu sein. Wir präsentieren pDOCK: eine neue computergestützte Technik zum schnellen und genauen Andocken flexibler Peptide an MHC-Rezeptoren und wenden sie hauptsächlich auf einen nicht redundanten Datensatz von 186 pMHC-Komplexen (MHC-I und MHC-II) mit Röntgenkristallstrukturen an.

Ergebnisse: Wir haben unsere angedockten Strukturen mit experimentellen kristallografischen Strukturen für den immunologisch relevanten nicht-namerischen Kern des gebundenen Peptids für MHC-I- und MHC-II-Komplexe verglichen. Primäre Tests zum erneuten Andocken von Peptiden in ihre jeweiligen MHC-Rillen ergaben 159 von 186 Peptiden mit Ca RMSD von weniger als 1,00 Å, mit einem Mittelwert von 0,56 Å. Unter den 25 Peptiden, die für das Docking einzelner und varianter Templates verwendet wurden, lagen die Ca RMSD-Werte bei 23 Peptiden unter 1,00 Å. Im Vergleich zu unserer früheren Dockingmethode zeigt pDOCK eine bis zu 2,5-fache Verbesserung der Genauigkeit und ist ~60 % schneller. Die Ergebnisse der Validierung anhand zuvor veröffentlichter Studien zeigen eine siebenfache Steigerung der pDOCK-Genauigkeit.

Schlussfolgerungen: Die Einschränkungen unserer bisherigen Methodik wurden im neuen Dockingprotokoll behoben, wodurch es zu einer schnellen und genauen Methode zur Bewertung der pMHC-Bindung wird. pDOCK ist eine generische Methode und obwohl es sich an experimentellen Strukturen orientiert, kann es mithilfe von Sequenzinformationen auf Allele ohne Strukturdaten angewendet werden. Unsere Ergebnisse belegen die Wirksamkeit unseres Verfahrens zur Vorhersage hochpräziser Peptidstrukturen, die eine konformationelle Probenahme des Peptids in der MHC-Bindungsfurche ermöglichen. Unsere Ergebnisse unterstützen auch die Anwendbarkeit von pDOCK für die In-silico-Identifizierung promiskuitiver Peptid-Epitope, die für größere Anteile der menschlichen Bevölkerung mit größerer Neigung zur Aktivierung von T-Zellen relevant sind, was sie zu wichtigen Zielen für die Entwicklung von Impfstoffen und Immuntherapien macht.