أفضل 7

يُعدّ بروتين Top7 بروتينًا اصطناعيًا، ويُصنّف على أنه بروتين مُصمّم حديثًا . وهذا يعني أن البروتين نفسه صُمّم ليكون له بنية وخصائص وظيفية محددة. ^{[ 1 ]}

صُمم برنامج Top7 بواسطة برايان كولمان وجوتام دانتاس في مختبر ديفيد بيكر بجامعة واشنطن . ^{[ 2 ]} بُني تصميم Top7 باستخدام طريقة حسابية عامة تُكرر تصميم التسلسل والتنبؤ بالبنية. كان الهدف النهائي هو تطوير بروتين α/β مكون من 93 حمضًا أمينيًا بتسلسل جديد وترتيب جديد لبنيته، أو طوبولوجيته. ساعدت هذه الطرق الحسابية في تصميم البروتينات جنبًا إلى جنب مع خوارزميات التنبؤ ببنية البروتين . ^{[ 2 ]}

التسلسل الناتج من البقايا هو:

DIQVQVNIDDNGKNFDYTYTVTTESELQKVLNELKDYIKKQGAKRVRISITARTKKEAEKFAAILIKVFAELGYNDINVTFDGDTVTVEGQLE

بفضل تصميمه المبتكر، يتميز بروتين Top7 ببنية ثلاثية الأبعاد فريدة. يُوصف هذا البروتين بأنه بروتين ألفا/بيتا مكون من 93 حمضًا أمينيًا، مما يشير إلى احتوائه على كلٍ من حلزونات ألفا (α) وصفائح بيتا (β) في بنيته الثانوية. تتكون البنية بشكل عام من حلزونين ألفا متراصين على صفيحة بيتا خماسية الخيوط متوازية عكسيًا . يُعدّ هذا المزيج من حلزونات ألفا وصفائح بيتا شائعًا في بنى البروتينات، وهو ما يُسهم في استقرار البروتين ووظيفته بشكل عام.

لتحقيق بنية مستهدفة، قام الباحثون أولاً بتطوير مخطط ثنائي الأبعاد واستخدموه لتحديد القيود التي سمحت لهم ببناء النموذج ثلاثي الأبعاد لـ Top7. وكشف تحديد بنية الأشعة السينية عالية الدقة للبروتين المُعبر عنه تجريبياً والمُنقى أن البنية ( PDB : 1QYS) كانت بالفعل مشابهة جدًا (1.2 Å RMSD ) للنموذج المصمم بواسطة الكمبيوتر.

استخدم الباحثون مجموعة متنوعة من الأساليب الفيزيائية الحيوية لتوصيف بروتين Top7. وقد ساهمت هذه العمليات في تحديد خصائص معينة لوصف البروتين. استُخدمت كروماتوغرافيا الترشيح الهلامي لتحديد أن Top7 أحادي الوحدة وذو قابلية ذوبان عالية. كما اكتُشف أن ارتفاع درجة الحرارة يسمح للبروتين بالتفكك بشكل تعاوني ويُظهر تمسخًا باردًا. أسفرت تجارب التبلور باستخدام تصميم Top7 عن اختلافات طفيفة في الرنين المغناطيسي النووي، وبالتالي أظهر نموذج التصميم بنية مشابهة جدًا للبنية الحقيقية. ^{[ 2 ]} استُخدمت النماذج القائمة على البنية لدراسة خصائص طي Top7 بشكل أعمق. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

من خلال هذه التحليلات، تم تحديد أن بروتين Top7 مستقر للغاية. ^{[ 2 ]}

يُظهر بروتين Top7 سلوك طي غير تعاوني. ^{[ 5 ]} تُظهر العديد من البروتينات الموجودة في الطبيعة طيًا تعاونيًا، مما يشير إلى أن البنية بأكملها تُطوى في عملية منسقة. على النقيض من ذلك، لا يتبع طي Top7 عملية سلسة أحادية الطور. قد ترتبط خاصيته غير التعاونية بتسلسله المصمم، الذي يُعزز تكوين بنية وسيطة طرفية كربونية مطوية بشكل مستقل. وجدت الدراسات أن الطفرات في الطرف الكربوكسيلي وكذلك الطرف الأميني لتسلسل الأحماض الأمينية لنموذج أساسي تُثبت وجود تسلسل محتمل لـ Top7 يسمح بالطي التعاوني. ^{[ 3 ]}

يُبرز ابتكار بروتين Top7 من الصفر قدرة الأساليب الحسابية على إنشاء بروتينات ذات بنى ثلاثية الأبعاد محددة. ولهذا آثارٌ واسعة النطاق على تطوير مجال تصميم البروتينات الحاسوبي، ويوفر منصةً لابتكار جزيئات حيوية جديدة ذات خصائص مرغوبة. ^{[ 2 ]} تُسهم خصائص استقرار Top7 وقدرته على الطي في فهم العلاقة بين التسلسل والبنية والتعاونية في عملية الطي. ويمكن أن يُسهم فهم هذه المبادئ في تطوير بروتينات أكثر استقرارًا وفعالية، غير مشتقة من التطور الطبيعي. ^{[ 6 ]}

تم اختيار Top7 كـ "جزيء الشهر" من قبل بنك بيانات البروتين RCSB في أكتوبر 2005، ويظهر تراكب النوى (بقايا 60-79) الخاصة به في بنيته المتوقعة وبنيته البلورية بالأشعة السينية في شعار Rosetta@home . ^{[ 7 ]}