13 Dec 2019 Gakken Editorial

Satu Pendekatan Digital terhadap Protein dan Kanker

Bagaimana jika para ilmuwan dapat membuat obat yang lebih efektif untuk mengobati kanker dan penyakit lain dengan menargetkan situs spesifik pada protein dalam tubuh?

Itulah pertanyaan utama yang coba dijawab oleh para peneliti di laboratorium Carol Post, profesor Universitas Purdue's College of Pharmacy, Purdue's College of Pharmacy. Mereka telah mengembangkan perangkat lunak yang disebut NmrLineGuru untuk menggerakkan para peneliti lebih dekat kepada jawabannya. Karya mereka diterbitkan dalam Scientific Reports edisi 5 November.

Chao Feng, seorang peneliti postdoctoral di lab Post, yang membantu memimpin tim peneliti, mengatakan, "Kami menciptakan perangkat lunak untuk simulasi dan analisis lineshape resonansi magnetik nuklir 1D cepat dengan model pengikatan kesetimbangan multistate. Hal ini memungkinkan para peneliti dan ilmuwan untuk mempelajari informasi yang lebih spesifik. tentang protein yang terkait dengan penyakit serius untuk membantu dalam proses penemuan obat."

Protein memainkan peran penting dalam pertumbuhan kanker dalam tubuh dengan merangsang molekul yang bertanggung jawab untuk pertumbuhan tumor. Perangkat lunak yang dikembangkan di Purdue dapat membantu para peneliti dengan cepat memahami, melalui model simulasi, bagaimana protein tertentu berikatan dengan molekul lain dalam tubuh.

Peneliti Purdue University mengembangkan perangkat lunak, yang disebut NmrLineGuru, untuk membantu para ilmuwan mempelajari informasi spesifik tentang protein.

_______

Perangkat lunak Purdue mendukung model pengikatan dua, tiga, dan empat bagian yang paling umum digunakan dalam industri penemuan obat untuk mempelajari interaksi antara protein yang terlibat dalam keadaan penyakit dan molekul yang mengikatnya. Perangkat lunak tersebut mengambil informasi yang dikirimkan oleh pengguna dan membuat informasi model spesifik tentang interaksi protein.

Kemampuan spektroskopi NMR resolusi tinggi untuk membaca respon interaksi molekuler di beberapa situs atom menghadirkan kemampuan unik untuk mendefinisikan konstanta kesetimbangan termodinamika dan konstanta laju kinetik untuk interaksi biologis kompleks.

Meskipun demikian, ekstraksi dari kesetimbangan pengikatan dan konstanta laju yang relevan membutuhkan analisis yang sesuai, tidak hanya pembacaan yang mengikuti konsentrasi kesetimbangan kurva titrasi pengikatan yang khas, tetapi juga lineshapes dari spektrum NMR.

Untuk memanfaatkan sebaik-baiknya data NMR untuk mengkarakterisasi interaksi molekuler, para peneliti mengembangkan NmrLineGuru, alat perangkat lunak dengan Graphic User Interface (GUI) yang ramah pengguna untuk memodelkan proses pengikatan.

Aplikasi NmrLineGuru melalui GUI yang mandiri, tanpa ketergantungan pada perangkat lunak lain dan tanpa input skrip. Spektrum NMR dapat dipasang atau disimulasikan mulai dengan parameter input yang ditentukan pengguna dan model kinetik yang dipilih.

Kemampuan untuk mensimulasikan dan menyesuaikan spektrum NMR memberikan pengguna kesempatan untuk tidak hanya menentukan parameter pengikatan yang terbaik mereproduksi spektrum NMR yang diukur untuk model kinetik yang dipilih, tetapi juga untuk menentukan kemungkinan bahwa model alternatif setuju dengan data. NmrLineGuru terbukti memberikan analisis kuantitatif yang akurat dari interaksi molekul kompleks.

Pengguna diharapkan hanya memberikan jumlah minimal informasi dalam GUI tunggal lalu GUI akan menangani langkah-langkah selanjutnya secara otomatis.

GUI simulasi mengambil parameter standar atau termodinamika, kinetik, dan resonansi yang disediakan pengguna untuk menghasilkan data lineshape 1D NMR untuk konsentrasi yang ditentukan pengguna dari masing-masing spesies dalam seri titrasi tertentu sesuai dengan model yang dipilih. Data yang dihasilkan dapat berisi noise sembarang dan sejumlah titik seperti yang diminta oleh pengguna. Hasilnya akan secara otomatis diplot, ditampilkan, dan disimpan dalam berbagai format (png, eps, fig, dan txt) sesuai dengan preferensi pengguna.

Workflow dari NmrLineGuru. Pengguna hanya perlu berinteraksi dengan Graphic User Interface (GUI), semua langkah lain ditangani secara otomatis oleh perangkat lunak. Hasilnya ditampilkan sebagai plot di layar dan ditulis ke folder yang ditentukan pengguna dalam format yang dipilih.

____

GUI yang pas dibaca dalam data lineshape yang disediakan pengguna untuk mencari parameter termodinamika dan kinetik yang paling cocok. Input dapat berupa data dari GUI simulasi, data eksperimental dari spektrum 1D NMR, atau irisan 1D dari eksperimen HSQC 2D.

Format input adalah file teks dua kolom sederhana yang dapat dihasilkan atau dikonversi dari sebagian besar paket perangkat lunak NMR-spektrum. Untuk kenyamanan pengguna, sebuah plugin untuk ekspor data disediakan dan diintegrasikan dalam distribusi NMRFAM9 dari Sparky (Goddard TD & Kneller DG, Universitas California, San Francisco), alat visualisasi spektra NMR paling populer9.

Setelah membaca data lineshape dan parameter awal, GUI yang pas secara otomatis menormalkan data input, melakukan kecocokan Lorentzian untuk memperkirakan parameter resonansi, secara iteratif mencari parameter dinamis dan kinetik yang paling cocok dalam rentang nilai yang ditentukan pengguna dan output hasilnya sebagai plot dan tabel. Pemasangan global otomatis akan dilakukan jika beberapa set data ditemukan dalam direktori data input.

"Pekerjaan kami berasal dari pemahaman mendalam tentang kebutuhan di bidang penemuan obat untuk solusi yang lebih baik dan lebih cepat untuk memahami fungsi biologis protein dan molekul dalam tubuh," kata Feng.

Sumber:  Scientific Reports, 2019; 9 (1) DOI: 10.1038/s41598-019-52451-8

Tumor dan Keganasan Riset dan Terobosan


13 Dec 2019 Gakken Editorial