Исследователи Техасского университета A&M использовали AlphaFold-Multimer, чтобы проверить 630 003 возможные пары белков человеческих митохондрий. Модель выделила 2 895 вероятных взаимодействий. Среди них нашлись возможные партнёры для 85 белков с пока неизвестной функцией. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications, а каталог предсказаний доступен в базе MitoMatch.

В митохондриях около 1 100 белков. Почти 30% генов, связанных с ними, уже связывали с заболеваниями, но функции многих белков остаются неясными. Один способ разобраться в их роли — искать белки-партнёры: если два белка взаимодействуют, это может указывать на их участие в одном биохимическом пути.

Как проверяли предсказания AlphaFold-Multimer

AlphaFold-Multimer обычно строит модели структуры белковых комплексов. В этой работе исследователи использовали её, чтобы оценить вероятность контакта для каждой пары: модель создавала пять вариантов комплекса и присваивала им оценку ipTM. Чем выше оценка, тем увереннее модель в предполагаемом взаимодействии. Авторы сопоставили оценки с небольшим набором уже проверенных пар митохондриальных белков и выбрали порог 0,5. При таком пороге полнота составила 67%, а частота ложных обнаружений — около 15%.

В расчёт вошли 1 123 белка, примерно 99% белков из набора, использованного в исследовании. Затем исследователи проверили отдельные предсказания в лаборатории. На дрожжах они применили коиммунопреципитацию с последующим анализом масс-спектрометрией, а в клетках человека — коиммунопреципитацию. Среди подтверждённых примеров — взаимодействие COA4 с COX11, белком, участвующим в доставке меди к цитохром-с-содержащей оксидазе.

Исследователи также выключили ген COA4 в линии человеческих клеток. После этого они обнаружили изменения, связанные с митохондриями, в том числе снижение содержания меди и дыхательной активности клеток. Однако лабораторные проверки охватили лишь отдельные предсказания, а не все пары из каталога.

Из 2 895 предсказанных взаимодействий 57% не обнаружились в базах STRING, BioGRID, IntAct, BioPlex, HuRI и PDB. Это значит, что такие пары не были представлены в этих источниках. Само по себе отсутствие в базах не подтверждает взаимодействие экспериментально.

MitoMatch собирает предсказанные пары, структуры комплексов и показатели уверенности. Поиск в базе может подсказать исследователю, какого партнёра белка проверить первым. Например, если неизвестный белок связан с уже изученным участником определённого пути, это позволяет выдвинуть гипотезу: он может быть частью того же комплекса, регулятором или вспомогательным фактором. Для подготовки научной статьи такие базы могут быть источником проверяемых гипотез и ссылок, но не заменяют собственный анализ данных.

Представим, что в MitoMatch неизвестный белок оказался рядом с ферментом, участвующим в производстве коэнзима Q. Это условный пример, а не результат исследования. Учёные могли бы проверить, входят ли белки в один комплекс и меняется ли работа биохимического пути после удаления неизвестного белка. Но предсказание указывает лишь на возможный контакт: оно не показывает, насколько прочно связываются белки, при каких условиях это происходит и образуют ли они отдельную пару или входят в более крупный комплекс.

Авторы отмечают, что метод не определяет силу связывания, соотношение белков и состав комплекса. Поэтому MitoMatch может служить отправной точкой для новых экспериментов, но не окончательным перечнем доказанных взаимодействий.

Схема показывает путь от набора митохондриальных белков через расчёты AlphaFold-Multimer к каталогу MitoMatch и экспериментальной проверке отдельных взаимодействий.

Фото: Ivan Babydov / Pexels