論文タイトル
De novo design of Ras isoform selective binders
出典
要旨
RAS アイソフォームに対する特異バインダーをデノボで設計した事例を紹介しています。
解説など
RAS バインダーのデノボデザイン事例です。RAS バインダーデザインの難しいところはそのアイソフォームが複数あることと、それらを識別できる領域が IDR かつ極性残基を多数含むところにあります。具体的には RAS には次に示す４種類のアイソフォームが存在し、そのC末領域に特有の配列をもちます。
- KRAS4A
- KRAS4B
- NRAS
- HRAS
筆者らは、各アイソフォームを選択的に認識できるバインダーデザインのため、次の２つのアプローチを活用しました。
- side-chain centered (hotspot centric)
- backbone centered (dock and optimize)
1.は hotspot centric 的なアプローチで、対象の IDR に対して適合する鋳型タンパク質を logos library から探索する手法です。具体的には先日の記事で紹介した IDR バインダーデザインの手法を活用しています。
2.はスキャフォールドの主鎖構造に基づいて IDR と適合するデザインを探索する、dock and optimize的なアプローチです。こちらはさらにアプローチが２つに分かれ、一つは 200種ほどの β シートを含むスキャフォールドライブラリから探索する方法、もう一つは 標的配列のみを入力してゼロから RFDiffusion でバインダーを設計する手法です。
以上いずれかの手法で生成されたバインダー構造は、Partial RFDiffusion、Motif RFDiffusion、Parametric perturbation を活用してさらに最適化されます。配列の設計は ProteinMPNN、インシリコスクリーニングは AF2（pae, plddt, iptm)、RosettaΔΔG で実施されています。
結果として、対象のアイソフォームごとに成功率の高いアプローチは異なっていたとのことです。
大まかにいうと、scaffolded and sequence input RFDiffusion は、標準的な2次構造をもつ主鎖構造を生成する傾向にあるため、KRAS4A と NRAS のような β シート配列には有利で、KRAS4B と HRAS のような 6 x Lys やプロリン残基をもつ構造には適合しにくいとのことでした。
最終的に、各アイソフォームに対して次の手法、デザイン数で候補配列を設計して、酵母ディスプレイでバインダーをスクリーニングしています。
- KRAS4A: 8,317 (5,254 from sequence input and 3,063 from scaffolded RFDiffusion)
- NRAS: 3,078 (343 from sequence input and 2,735 from scaffolded RFDiffusion)
- KRAS4B: 2,556 designs using the amino acid recognition pocket based approach
- HRAS: 1,264 designs using the amino acid recognition pocket based approach
KRAS4B と NRASは、デザイン時に考慮しなかった full-length の RAS には結合しなかったとのことで、全長構造をもとにデザインに Motif/Partial RFDiffusion を適用することでバインダーを取得しています。
最終的に、~250 (KRAS4A)、~90 (NRAS)、~20 (KRAS4B) 個のバインダー取得に成功しています。HRAS に対しては言及がないので、うまくいかなかった可能性が高そうです。
本研究結果から、複数の設計アプローチと全長構造を参照する重要性が伺えました。徐々に IDR や極性残基に対するバインダーの成功事例が増えていることは素晴らしい進歩と思います。
