新软件快速模拟糖蛋白结构以加快药物开发

蛋白质不仅发挥对细胞生存至关重要的功能，而且影响疾病的发展和进展。为了了解它们在健康和疾病中的作用，研究人员使用实验和计算方法研究蛋白质的三维原子结构

我们细胞表面超过75%的蛋白质被聚糖覆盖。这些类糖分子在蛋白质周围形成非常动态的保护屏障。然而，糖的移动性和可变性使得很难确定这些屏蔽物的行为或它们如何影响药物分子的结合

项目负责人兼Dioscuri翻译后修饰建模中心负责人Mateusz Sikora和他在克拉科夫的团队以及德国法兰克福马克斯·普朗克生物物理研究所的合作伙伴，与巴黎欧洲工商管理学院、塔皮中央研究院和不来梅大学的科学家合作，通过使用计算机应对了这一挑战

他们强大的新算法GlycoSHIELD能够对蛋白质表面的糖链进行快速而现实的建模。与传统模拟工具相比，GlycoSHIELD将计算时间和功耗减少了几个数量级，为绿色计算铺平了道路

这项工作发表在《细胞》杂志上

从数千小时到几分钟

保护性聚糖屏蔽物强烈影响蛋白质与其他分子（如治疗药物）的相互作用。例如，冠状病毒刺突蛋白上的糖层使天然或疫苗诱导的抗体难以识别病毒，从而将病毒隐藏在免疫系统之外

因此，糖屏蔽在药物和疫苗开发中发挥着重要作用。药物研究可以从常规预测其形态和动力学中受益。然而，到目前为止，只有具备特殊超级计算机的专业知识，才能使用计算机模拟来预测糖层的结构。在许多情况下，需要数千甚至数百万个计算小时

通过GlycoSHIELD，Sikora的团队提供了一种快速、环保的开源替代方案。Sikora说：“我们的方法减少了资源、计算时间和所需的技术专业知识。”

“现在，任何人都可以在几分钟内在个人计算机上计算蛋白质上糖分子的排列和动力学，而无需专业知识和高性能计算机。此外，这种新的计算方式非常节能。”该软件不仅可以用于研究，还可以帮助开发药物或疫苗，例如癌症免疫疗法

糖做成的拼图

团队是如何实现如此高的效率提高的？作者创建并分析了一个库，其中包含人类和微生物中发现的蛋白质上最常见形式的糖链的数千种最有可能的3D姿势。通过长时间的模拟和实验，他们发现，为了可靠地预测聚糖屏蔽，附着的糖不会与蛋白质的膜或部分碰撞就足够了

该算法基于这些发现。Sikora解释道：“GlyoSHIELD用户只需指定蛋白质和糖附着的位置。然后，我们的软件以最有可能的方式在蛋白质表面对它们进行谜题。”。“我们可以准确地复制刺突蛋白的糖屏蔽：它们看起来和我们在实验中看到的完全一样。”

有了糖屏蔽，现在可以用糖信息补充新的和现有的蛋白质结构。科学家们还使用GlycoSHIELD揭示了GABAA受体上的糖的模式，GABAA受体是镇静剂和麻醉剂的重要靶点