AlphaFold3预测分子间相互作用1
AlphaFold3预测分子间相互作用1｜AlphaFold3系列
上一篇文章我们学会使用AlphaFold3预测蛋白质结构。但是，AlphaFold3不仅可以预测蛋白质结构，还能够预测所有生命分子的结构和相互作用，包括蛋白质、DNA、RNA、配体小分子、离子等生物分子相互作用。今天Kiki学姐将手把手教你如何使用AlphaFold3预测分子间相互作用。
共分为四个篇章，本文将对第一章、第二章进行介绍。
第一章 AlphaFold3预测分子间相互作用应用场景
第二章 AlphaFold3预测分子间相互作用操作流程
第三章 AlphaFold3预测分子间相互作用实操演示
第四章使用Pymol 对AlphaFold3预测结果分析
第一章 AlphaFold3预测分子间相互作用应用场景
为什么要预测分子间相互作用？下面我们来看看不同分子间相互作用应用场景。
1. 抗体 - 抗原相互作用预测的应用场景
• 疫苗研发
通过预测抗体和抗原的相互作用，可以帮助设计更有效的疫苗。了解抗体识别抗原的具体表位，有助于筛选出能引发高效免疫反应的抗原片段，从而优化疫苗抗原的设计，增强疫苗的免疫原性。
• 免疫治疗
在单克隆抗体药物开发中，精准地知道抗体与肿瘤抗原的结合方式，能够指导药物设计，提高抗体药物对肿瘤细胞的特异性识别和杀伤能力，同时减少对正常细胞的副作用。
• 疾病诊断
对于一些感染性疾病或自身免疫性疾病，明确抗体 - 抗原相互作用有助于开发高灵敏度和特异性的诊断试剂。例如，通过检测血液中特定抗体与抗原的结合情况，快速准确地诊断疾病。
2. 蛋白质 - RNA相互作用预测的应用场景
• 基因表达调控研究
在转录后调控过程中，许多蛋白质会与mRNA结合来影响其稳定性、转运和翻译过程。预测这种相互作用可以帮助理解基因表达是如何在RNA水平被精细调控的。比如，了解RNA结合蛋白如何识别mRNA上的特定序列，有助于解释某些基因在特定细胞类型或生理状态下的表达差异。
• RNA病毒研究
对于RNA病毒，如流感病毒、HIV等，研究病毒蛋白与宿主细胞RNA的相互作用，能够揭示病毒的生命周期和致病机制。例如，预测病毒的核衣壳蛋白与宿主mRNA的相互作用，有助于找到阻止病毒复制的靶点。
• 生物制药领域
在开发基于RNA的药物（如mRNA疫苗、RNA干扰药物）时，了解蛋白质 - RNA相互作用可以优化药物设计，提高药物的稳定性和有效性。例如，设计与药物RNA相互作用的载体蛋白，使药物能够更有效地被细胞摄取和发挥作用。
3. 蛋白复合体相互作用预测的应用场景
• 细胞信号传导研究
细胞内的信号传导通常是通过蛋白复合体的形成和相互作用来实现的。例如，在MAPK信号通路中，预测MEK和ERK等蛋白之间的相互作用，能够帮助理解信号是如何在细胞内传递和放大的，从而揭示细胞对外部刺激的响应机制。
• 结构生物学研究
对于一些大型的、难以结晶的蛋白复合体，AlphaFold3的预测可以提供结构模型的参考。这有助于填补对复杂生物大分子结构认识的空白，理解复合体中各个亚基的功能分工和协同作用机制。
• 疾病机制探索和药物靶点发现
许多疾病与蛋白复合体的功能异常有关。例如，在神经退行性疾病中，一些蛋白复合体的解体或错误组装可能导致细胞功能障碍。通过预测蛋白复合体的相互作用，能够发现潜在的药物干预靶点，开发针对这些靶点的治疗药物。
第二章 AlphaFold3预测分子间相互作用操作流程
1. 抗体 - 抗原相互作用
• 准备分子序列信息
抗体序列：从国际免疫遗传学信息系统（IMGT）数据库获取抗体的氨基酸序列。比如，对于一种已知的单克隆抗体，找到其对应的序列记录，下载重链和轻链的序列。
抗原序列：如果抗原是蛋白质，如某种病毒表面蛋白，同样从Uniprot获取其序列。假设研究的是新冠病毒刺突蛋白作为抗原，就查找并下载其氨基酸序列。
• 访问AlphaFold Server及输入数据
登录后，在相应输入框分别输入抗体的重链、轻链序列和抗原蛋白序列。
• 预测和下载结果
提交任务后，等待系统预测。由于抗体 - 抗原结构相对复杂，可能需要30 - 60分钟左右。
• 查看和分析结果
得到结果后，在三维模型中观察抗体的可变区与抗原的结合表位，分析互补决定区（CDR）如何与抗原特异性结合，确定关键的氨基酸相互作用位点。
2. 蛋白质 - RNA相互作用
• 准备分子序列信息
蛋白质序列：从实验室自己测序的数据或者公共数据库获取蛋白质序列。例如，从细胞中分离出的RNA结合蛋白，通过测序得到其序列。
RNA序列：如果是研究mRNA与蛋白质的相互作用，从NCBI获取mRNA的核苷酸序列。
• 访问AlphaFold Server及输入数据
在AlphaFold Server界面，将蛋白质序列和RNA序列输入到对应的区域，有些系统可能需要对RNA序列进行特殊标注，如区分不同的RNA类型（mRNA、tRNA等）。
• 预测和下载结果
提交任务后等待。这种相互作用预测时间因序列长度等因素而异，可能在20 - 40分钟。
• 查看和分析结果
观察预测的三维结构，看蛋白质的结构域如何与RNA的二级结构（如茎 - 环结构）相互作用，分析是否存在特定的氨基酸与核苷酸之间的氢键、静电作用等。
3. 蛋白复合体（多个蛋白质之间）相互作用
• 准备分子序列信息
假如要研究细胞内的转录起始复合体，包括RNA聚合酶II和多种转录因子。从Uniprot等数据库分别获取RNA聚合酶II和各个转录因子（如TFIIB、TFIID等）的氨基酸序列。
• 访问AlphaFold Server及输入数据
逐个将这些蛋白质序列输入到AlphaFold Server的输入界面，按照系统要求设置好这些分子是作为一个复合体来预测相互作用。
• 预测和下载结果
提交后，由于涉及多个蛋白质，预测时间可能较长，大概60 - 90分钟。
• 查看和分析结果
查看结果模型，了解各个蛋白质在复合体中的相对位置，分析它们之间的相互作用界面，比如哪些结构域相互接触、存在何种类型的相互作用（范德华力、离子键等）来维持复合体的稳定性。