Neue Beiträge im Thread Design of protein-small molecule binding

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Rocco Moretti - Message 70651 - Posted 27 Jun 2011 17:50:30 UTC

Hello,

My name is Rocco Moretti, and I'm a postdoc in the Baker Lab.

Chances are you might see something a little different when you look at your screensaver in the near future. The jobs I'm running on Rosetta@home aren't structure prediction, or protein-protein interaction design, but protein-small molecule interaction design. (These work units are tagged with "LigDes", standing for "ligand binding protein design") So in addition to the normal protein chain in the viewer, you'll also see a blobby representation of the small molecule.

With the current set of work units, we're looking at redesigning a genetic regulator to recognize different small molecules. All organisms must control their gene expression in response to different molecules in their environment - to turn on genes to take advantage of a new food source, for example. There's a number of different ways of doing this, but one of them is for proteins to recognize the small molecules, bind to them, and then have that bound protein go on to regulate genes. For example, the commonly used LacI repressor binds to DNA in its un-liganded state, turning off the genes it's bound to. When it recognizes and binds its small molecule, this changes the protein enough so that it no longer binds to DNA, allowing the gene it was bound to to be expressed. The LacI protein functions as a switch, effectively turning on genes only in the presence of small molecules.

What we want to do is take such a naturally occurring protein regulator and change it so that it binds not to its native small molecule, but to another, different small molecule. The hope is that this way we could create a set of different gene switches which are responsive to different small molecules. This should be of benefit to the field of synthetic biology, allowing for the control of multiple genes with multiple different small molecule regulators.

We're actually doing this research in collaboration with researchers in George Church's lab at Harvard, who have a way of "easily" turning large numbers of protein sequences in the computer to actual proteins in the test tube. As these proteins will directly control gene expression, it's very simple to test a large number of different variants very rapidly. That's where you come in - the number of variants we're looking to test is much larger than we typically produce locally, but should be a cakewalk for Rosetta@home. The current plan is that almost all of the designs that we get back from Rosetta@home will be directly tested in the laboratory.

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Rocco Moretti - Message 70651 - Posted 27 Jun 2011 17:50:30 UTC

Hello,

My name is Rocco Moretti, and I'm a postdoc in the Baker Lab.

Chances are you might see something a little different when you look at your screensaver in the near future. The jobs I'm running on Rosetta@home aren't structure prediction, or protein-protein interaction design, but protein-small molecule interaction design. (These work units are tagged with "LigDes", standing for "ligand binding protein design") So in addition to the normal protein chain in the viewer, you'll also see a blobby representation of the small molecule.

With the current set of work units, we're looking at redesigning a genetic regulator to recognize different small molecules. All organisms must control their gene expression in response to different molecules in their environment - to turn on genes to take advantage of a new food source, for example. There's a number of different ways of doing this, but one of them is for proteins to recognize the small molecules, bind to them, and then have that bound protein go on to regulate genes. For example, the commonly used LacI repressor binds to DNA in its un-liganded state, turning off the genes it's bound to. When it recognizes and binds its small molecule, this changes the protein enough so that it no longer binds to DNA, allowing the gene it was bound to to be expressed. The LacI protein functions as a switch, effectively turning on genes only in the presence of small molecules.

What we want to do is take such a naturally occurring protein regulator and change it so that it binds not to its native small molecule, but to another, different small molecule. The hope is that this way we could create a set of different gene switches which are responsive to different small molecules. This should be of benefit to the field of synthetic biology, allowing for the control of multiple genes with multiple different small molecule regulators.

We're actually doing this research in collaboration with researchers in George Church's lab at Harvard, who have a way of "easily" turning large numbers of protein sequences in the computer to actual proteins in the test tube. As these proteins will directly control gene expression, it's very simple to test a large number of different variants very rapidly. That's where you come in - the number of variants we're looking to test is much larger than we typically produce locally, but should be a cakewalk for Rosetta@home. The current plan is that almost all of the designs that we get back from Rosetta@home will be directly tested in the laboratory.

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Übersetzung: - Susanne

Hallo,

Ich heisse Rocco Moretti und bin ein Postdoktorand im Baker Labor.

Demnächst könnte es sein, dass ihr etwas anderes auf euren Bildschirmschonern seht. Die Jobs, die ich auf Rosetta@home laufen lasse, sind keine Strukturvorhersagen oder Protein-Protein Interaktionsdesigns, sondern Protein – Kleine Moleküle – Designs. Diese Arbeitseinheiten sind mit “LigDes” gekennzeichnet, was für “Ligandbindenes Proteindesign” steht). Dabei gibt es dann auch neben der bisherigen Proteinkette auf dem Bildschirn eine verkleckste Darstellung des kleinen Moleküls zu sehen.

Mit den derzeitigen WUs versuchen wir einen genetischen Regulator erneut so zu designen um verschiedene kleine Mokeküle zu identifizieren. Alle Organismen müssen ihre Genexpression in Antwort auf verschiedene Mokeküle in ihrer Umgebung kontrollieren – um die Gene in Reaktion auf eine beispielsweise neue Nahrungsquelle einzuschalten. Dies kann auf verschiedene Wege erreicht werden, aber einer davon ist, wenn das Protein die kleinen Moleküle erkennt, sich an sie bindet, und sich das somit gebundene Protein bei der Genregulation einsetzt. Als Beispiel der allgemein benutzte LacI Repressor, der an das DNA im Ligandvorstadium bindet und dabei die Gene abschaltet, an die er gebunden ist. Wenn er sein kleines Molekül erkennt und sich daran bindet, ändert das das Protein soweit, dass es nun nicht mehr an das DNA bindet, und erlaubt somit dem Gen, an das es gebunden war, sich auszudrücken. Das LacI Protein funktioniert wie ein Schalter, indem es die Gene nur in Gegenwart von kleinen Molekülen einschaltet.

Wir planen jetzt, uns solch einen naturgegebenen Proteinregulator vorzunehmen und so zu verändern, dass er nicht an sein natives kleines Molekül bindet, sondern an ein ganz anderes kleines Molekül. Die Hoffnung besteht darin, dass wir somit einen Satz von verschiedenen Genschaltern entwickeln können, die auf unterschiedliche kleine Moleküle eingehen. Davon sollte der Bereich der synthetischen Biologie profitieren, wobei eine Mehrzahl an Gene mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen kleinen Mokekülregulatoren kontrolliert werden können.

Wir führen diese Forschung in Zusammenarbeit mit Kollegen des George Church Labors von Harvard aus, die imstande sind, “ganz einfach” gro?e Anzahlen von Proteinsequenzen vom Computer in wirkliche Proteine im Reagenzglas umzusetzen. Da diese Proteine die Genexpression direkt kontrollieren, ist es sehr leicht, eine gro?e Anzahl von verschiedenen Varianten blitzschnell zu testen. Und dazu brauchen wir euch – die Anzahl der Varianten, die wir zu überprüfen vorhaben, ist viel grö?er, als die, die wir typischerweise intern produzieren, aber das sollte für Rosetta@home ein Kinderspiel sein. Der derzeitige Plan sieht so aus, dass fast alle der von Rosetta@home zurückerhaltenen Designs direkt im Labor getestet werden.