Researchers use AI to design proteins that cut up other proteins

Researchers have used AI-based protein design tools to create enzymes that break peptide bonds, which are normally stable for hundreds of years. By taking the catalytic cores of two protease types—a zinc protease and a cysteine protease—and replacing the rest of the protein structure, they engineered custom enzymes capable of cutting specific proteins in half. These designer enzymes were tested on proteins linked to neurological diseases, demonstrating their potential for targeted therapeutic applications.

The process relies on reversing peptide bond formation, which requires enzymatic catalysis due to the bond’s inherent stability. The zinc protease uses a zinc atom to coordinate the bond and activate a water molecule, while the cysteine protease forms a temporary enzyme-substrate intermediate before hydrolysis. Both mechanisms depend on precise spatial arrangement of key amino acids in the catalytic center, with the rest of the protein influencing specificity.

This approach bypasses natural evolutionary diversification, allowing rapid design of highly specific proteases. The work, led primarily by researchers from David Baker’s lab at the University of Washington, opens new possibilities for treating diseases by degrading harmful proteins.

قام باحثون باستخدام أدوات تصميم البروتينات القائمة على الذكاء الاصطناعي لإنشاء إنزيمات تقطع روابط الببتيد، والتي normally مستقرة لقرون. من خلال أخذ النوى الحفازة لنوعين من البروتيازات —بروتياز الزنك وبروتياز السيستين— واستبدال هيكل البروتين المتبقي، قاموا بإنزيمات مصممة خصيصًا capable of قطع بروتينات محددة نصفين. تم اختبار هذه الإنزيمات المصممة على بروتينات مرتبطة بالأمراض العصبية، مما يُظهر إمكاناتها لتطبيقات علاجية موجهة. يعتمد العملية على عكس تكون روابط الببتيد، والذي يتطلب katalysis إنزيمي بسبب الثبات الطبيعي للربط. تستخدم بروتياز الزنك ذرة زنك لتنسيق الربط وتفعيل جزيء ماء، بينما تشكل بروتياز السيستين وسيط إنزيم-ركب قبل الهيدروليز. تعتمد كلتا الآليتين على الترتيب المكاني الدقيق للأحماض الأمينية الرئيسية في المركز الحفاز، ويؤثر الباقي من البروتين على الخاصةية. يتجاوز هذا الأسلوب التنوع التطوري الطبيعي، مما يسمح بتصميم سريع لإنزيمات بروتياز عالية الخاصةية. وقد تم هذا العمل، بقيادة باحثين من مختبر ديفيد بيكر في جامعة واشنطن، لفتح آفاق جديدة لعلاج الأمراض من خلال إنزيمات بروتينات ضارة.

শोधকর্তা AI-ভিত্তিক প্রোটিন ডিজাইন টুল ব্যবহার করে এনজাইম তৈরি করল care, যা normally শতাব্দী ধরে স্থির থাকে। দুই ধরনের প্রোটিনেজ—জিঙ্ক প্রোটিনেজ এবং সিস্টিন প্রোটিনেজ—এর katalys Centre নেওয়া এবং বাকি প্রোটিন স CONSTRUCTURE বাদ দিলে, তারা নির্দিষ্ট প্রোটিন কাটার জন্য কাস্টম এনজাইম ইঞ্জিনিয়ারিং করল। এই ডিজাইন করা এনজাইমs নিউরোলজিক্যাল রোগের সাথে জড়া প্রোটিনে পরীক্ষা করা হয়েছে, তাদের লক্ষ্যমুখী চিকিৎসার প্রয়োগের সম্ভাবনা প্রদর্শন করল। এই প্রক্রিয়া পেপ্টাইড বন্ধের উল্টান্বিত depend করে, যা এনজাইম ক্যাটালিসিসের জন্য প্রয়োজন কারণ বন্ধের inherent স্থিরতা। জিঙ্ক প্রোটিনেজ একটি জিঙ্ক অটম ব্যবহার করে বন্ধ সমন্বয়করণ এবং পানির অণু সক্রিয়করণ। সিস্টিন প্রোটিনেজ হাইড্রোলisis আগে অ্যানজাইম-সাবস্ট্রেট মধ্যবর্তী বিন্যাস বনাম। দুটি তন্ত্র ক্যাটালytic কেন্দ্রে মূল অ্যামিনো অ্যাসিডের সঠিক স্থানিক সজ্জা पर নির্ভর করে, প্রোটিনের বাকি অংশ বিশেষত্ব প্রভাবিত করে। এই পদ্ধতি প্রাকৃতিক উভব विवর্তনকে বাদ দেয়, যা অত্যন্ত বিশেষত্বের প্রোটিনেজ দ্রুত ডিজাইন করার অনুমতি দেয়। এই কাজটি প্রধানত ডেভিড বেকার এর ল্যাবরatoireে, washington বিশ্ববিদ্যালয়ে conducted, রোগের চিকিৎসার জন্য ক্ষতিকর প্রোটিনের দহন দ্বারা নতুন সম্ভাবনা উন্মোচন করে।

Forscher haben KI-basierte Protein-Design-Tools verwendet, um Enzyme zu erstellen, die Peptidbindungen spalten, die normalerweise Jahrhunderte stabil bleiben. Durch Nehmen der katalytischen Kerne zweier Proteasetypen —einer Zink-Protease und einer Cystein-Protease— und Ersetzen des restlichen Proteinaufbaus, haben sie maßgeschneiderte Enzyme entwickelt, die spezifische Proteine halbieren können. Diese entworfenen Enzyme wurden an Proteinen getestet, die mit neurologischen Erkrankungen in Verbindung stehen, und haben ihr Potenzial für gezielte therapeutische Anwendungen gezeigt.

Der Prozess hängt davon ab, die Peptidbindungsbildung umzukehren, was enzymatische Katalyse erfordert, aufgrund der inherenten Stabilität des Bindens. Die Zink-Protease verwendet ein Zinkatom, um die Bindung zu koordinieren und eine Wassermolekül zu aktivieren, während die Cystein-Protease ein temporäres Enzym-Substrat-Intermediat vor der Hydrolyse bildet. Beide Mechanismen hängen von der präzisen räumlichen Anordnung wichtiger Aminosäuren im katalytischen Zentrum ab, wobei der Rest des Proteins die Spezifität beeinflusst.

Dieser Ansatz umgeht die natürliche evolutionäre Diversifizierung, allowing schnelles Entwerfen von hochspezifischen Proteasen. Die Arbeit, hauptsächlich von Forschern von Davids Baker Labor an der University of Washington durchgeführt, eröffnet neue Möglichkeiten, Krankheiten zu behandeln, indem schädliche Proteien abgebaut werden.

Investigadores utilizan herramientas de diseño de proteínas basadas en IA para crear enzimas que rompen enlaces peptídicos, normalmente estables durante cientos de años. Al tomar los núcleos catalíticos de dos tipos de proteasas —una proteasa de zinc y una de cisteína— y reemplazar la estructura proteica restante, diseñaron enzimas personalizadas capaces de cortar proteínas específicas a la mitad. Estas enzimas diseñadas se probaron en proteínas vinculadas a enfermedades neurológicas, demostrando su potencial para aplicaciones terapéuticas dirigidas.

El proceso depende de revertir la formación de enlaces peptídicos, lo que requiere catalisis enzimática debido a la inherent estabilidad del enlace. La proteasa de zinc usa un átomo de zinc para coordinar el enlace y activar una molécula de agua, mientras que la proteasa de cisteína forma un intermediario temporal enzima-sustrato antes de la hidrólisis. Ambas mecanismos dependen del arreglo espacial preciso de aminoácidos clave en el centro catalítico, con el resto de la proteína influyendo en la especificidad.

Este enfoque evita la diversificación evolutiva natural, permitiendo el diseño rápido de proteasas altamente específicas. El trabajo, liderado principalmente por investigadores del laboratorio de David Baker en la Universidad de Washington, abre nuevas posibilidades para tratar enfermedades degradando proteínas dañinas.

Les chercheurs ont utilisé des outils de conception de protéines basés sur l'IA pour créer des enzymes coupant les liaisons peptidiques, normalement stables pendant des siècles. En prenant les noyaux catalytiques de deux types de protéases —une protéase au zinc et une protéase cystéine— et en remplaçant la structure protéique restante, ils ont conçu des enzymes personnalisées capables de couper des protéines spécifiques en deux. Ces enzymes conçues ont été testées sur des protéines liées aux maladies neurologiques, démontrant leur potentiel pour des applications thérapeutiques ciblées.

Le processus repose sur le renversement de la formation de liaisons peptidiques, ce qui nécessite une catalyse enzymatique en raison de la stabilité inhérente du lien. La protéase au zinc utilise un atome de zinc pour coordonner le lien et activer une molécule d'eau, tandis que la protéase cystéine forme un intermédiaire temporaire enzyme-substrat avant l'hydrolyse. Les deux mécanismes dépendent de l'arrangement spatial précis des acides aminés clés dans le centre catalytique, le reste de la protéine influençant la spécificité.

Cette approche contourne la diversification évolutive naturelle, permettant la conception rapide de protéases hautement spécifiques. Ce travail, mené principalement par des chercheurs du laboratoire de David Baker à l'Université de Washington, ouvre de nouvelles possibilités pour traiter les maladies en dégradant des protéines nocives.

शोधकर्ताओं ने एआई-आधारित प्रोटीन डिजाइन टूल का उपयोग करके एंजाइम बनाए हैं जो पेप्टाइड बांड काटते हैं, जो आमतौर पर सौ साल तक स्थिर रहते हैं। दो प्रकार के प्रोटीसाइड के उत्प्रेरक केंद्र लेकर—एक जिंक प्रोटीसाइड और एक सिस्टीन प्रोटीसाइड—और शेष प्रोटीन संरचना को बदलकर, उन्होंने विशिष्ट प्रोटीन को आधा काटने के लिए कस्टम एंजाइमों का इंजीनियरिंग किया। इन डिज़ाइन किए गए एंजाइम्स को न्यूरोलॉजिकल बीमारियों से जुड़े प्रोटीन पर tested किया गया है, जिससे लक्षित चिकित्सा अनुप्रयोगों की संभावना का पता चला है। यह प्रक्रिया पेप्टाइड बांड के उलटफेर पर निर्भर करती है, जो एंजाइम कैटलिसिस के कारण होती है क्योंकि बांड की inherent स्थिरता। जिंक प्रोटीसाइड एक जिंक एटम का उपयोग बांड को समन्वयित करने और जल Molecule को सक्रिय करने के लिए करता है, जबकि सिस्टीन प्रोटीसाइड हाइड्रोलिसिस से पहले एंजाइम- सब्सट्रेट मध्यवर्ती बनाता है। दोनों तंत्र उत्प्रेरक केंद्र में प्रमुख एमिनो एसिड की सटीक स्थानिक व्यवस्था पर निर्भर करते हैं, प्रोटीन का शेष हिस्सा विशिष्टता को प्रभावित करता है। यह दृष्टिकोण प्राकृतिक विकासवादी विविधता को दरकिनार करता है, जिससे अत्यधिक विशिष्ट प्रोटीसाइड का तेज़ डिज़ाइन संभव होता है। यह कार्य मुख्य रूप से डेविड बेकर के प्रयोगशाला द्वारा किया गया है, जिसे वाशिंगटन विश्वविद्यालय में स्थित है, बीमारियों के इलाज के लिए हानिकारक प्रोटीन के विघटन द्वारा नई संभावनाएं खोलता है।

Peneliti menggunakan alat desain protein berbasis AI untuk membuat enzim yang memecah ikatan peptida, yang normally ratusan tahun stabil. Dengan mengambil inti katalis dua jenis protease — protease zinc dan protease cistein — dan mengganti struktur protein sisa, mereka menginsinyur enzim kustom yang mampu memotong protein tertentu setengah. Enzim desain ini diuji pada protein yang terkait dengan penyakit neurologis, menunjukkan potensial untuk aplikasi terapeutik yang ditargetkan.

Proses ini bergantung pada membalik pembentukan ikatan peptida, yang memerlukan katalisis enzim karena tabiat ikatan yang inherent. Protease zinc menggunakan atom zink untuk menyambung ikatan dan mengaktifkan molekul air, sementara protease cistein membentuk antargantara enzima-substrat sementara sebelum hidrolisis. Keduanya mekanisme bergantung pada susunan spasial yang tepat amino asid kunci di pusat katalisa, dengan sisa protein mempengaruhi spesifisitas.

Pendekatan ini menghindari diversifikasi evolusional alami, memungkinkan desain cepat protease yang sangat spesifik. Kerja ini, terutama oleh peneliti dari laboratorium David Baker di University of Washington, membuka peluang baru untuk mengobati penyakit dengan menurunkan protein berbahaya.

研究者はAIベースのタンパク質設計ツールを使用して、数百年間安定しているペプチド結合を切断する酵素を作成しました。2種類のプロテアーゼ—亜鉛プロテアーゼとシステインプロテアーゼ—の触媒コアを取り除き、タンパク質構造の残りを置き換えることで、特定のタンパク質を半分に切断するカスタム酵素をエンジニアリングしました。これらの設計酵素は神経疾患に関連するタンパク質でテストされ、標的治療アプリケーションの可能性を示しました。このプロセスはペプチド結合の逆転に依存しており、結合の固有の安定性のため酵素カタリシスが必要です。亜鉛プロテアーゼは亜鉛原子を使用して結合を調整し、水分子を活性化します。システインプロテアーゼは加水分解前に一時的な酵素-底物中間体を形成します。両方のメカニズムは触媒中心で重要なアミノ酸の正確な空間配置に依存しており、タンパク質の残りの部分は特異性に影響を与えます。このアプローチは自然の進化的多様化をバイパスし、高特異性プロテアーゼの急速な設計を可能にします。主にワシントン大学デイビッド・ベーカー研究室の研究者たちによって行われたこの研究は、有害なタンパク質を分解することによって疾患治療の新たな可能性を開きます。

Pesquisadores usaram ferramentas de design de proteínas baseadas em IA para criar enzimas que quebram ligações peptídicas, normalmente estáveis por séculos. Ao tomar os núcleos catalíticos de dois tipos de protease —uma protease de zinco e uma protease de cisteína— e substituir a estrutura proteica restante, projetaram enzimas personalizadas capazes de cortar proteínas específicas ao meio. Estas enzimas projetadas foram testadas em proteínas ligadas a doenças neurológicas, demonstrando seu potencial para aplicações terapêuticas direcionadas.

O processo depende de reverter a formação de ligações peptídicas, o que requer catalise enzimática devido à inerente estabilidade da ligação. A protease de zinco usa um átomo de zinco para coordenar a ligação e ativar uma molécula de água, enquanto a protease de cisteína forma um intermediário temporário enzima-substrato antes da hidrólise. Ambos os mecanismos dependem do arranjo espacial preciso de aminoácidos-chave no centro catalítico, com o resto da proteína influenciando a especificidade.

Esta abordagem contorna a diversificação evolutiva natural, permitindo o rápido design de proteases altamente específicas. O trabalho, liderado principalmente por pesquisadores do laboratório de David Baker na Universidade de Washington, abre novas possibilidades para tratar doenças degradando proteínas prejudiciais.

Ученые использовали инструменты ИА для проектирования белков, чтобы создавать ферменты, расщепляющие пептидные связи, которые normally стабильны веками. Изъяв Catalytic cores двух типов протеаз — цинк-протеазы и цистеин-протеазы — и заменив остальную структуру белков, они создали кастомные ферменты, способные резать конкретные белки пополам. Эти спроектированные ферменты тестировались на белках, связанных с нейрологическими заболеваниями, продемонстрировав потенциал для целевых терапевтических приложений. Процесс зависит от обратного превращения пептидной связи, что требует ферментного катализа из-за inherent стабильности связи. Цинк-протеаза использует атом цинка для координации связи и активации молекулы воды, а цистеин-протеаза формирует временный фермент-предмет перед гидролизом. Оба механизма зависят от точного пространственного расположения ключевых аминокислот в каталитическом центре, остальная часть белка влияет на специфичность. Этот подход обходит естественное эволюционное разнообразие, позволяя быстро создавать высокоспецифические протеазы. Работа, проведенная в основном исследователями лаборатории Дэвида Бейкера в Университете Вашингтон, открывает новые возможности для лечения болезней путем расщепления вредных белков.

研究人员使用AI蛋白质设计工具创建酶，切割 normally 稳定数百年的肽键。通过取两种蛋白酶的催化核心——锌蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶——并替换其余蛋白质结构，工程化定制酶能够切割特定蛋白质。这些设计酶在与神经系统疾病相关的蛋白质上进行测试，展示了其针对性治疗应用的潜力。该过程依赖于逆转肽键形成，这需要酶催化，因为该键的固有稳定性。锌蛋白酶使用锌原子协调键并激活水分子，而半胱氨酸蛋白酶在水解前形成临时的酶-底物中间体。两种机制都依赖催化中心关键氨基酰的精确空间排列，蛋白质其余部分影响特异性。这种方法绕过了自然进化分化，允许快速设计高度特异性的蛋白酶。这项工作主要由华盛顿大学大卫·贝克的实验室的研究人员完成，为通过降解有害蛋白质治疗疾病开辟了新可能。