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4残基をもとに隣の最適アミノ酸の推定など

4残基をもとに隣の最適アミノ酸の推定などの図

当社開発のアルゴリズム、TYシンメトリー法で、ペプチド、ペプチド 断片の一次構造などを解析しまして、配列の最適化などを行うサービスです。

ペプチドは連続したアミノ酸です。それぞれのアミノ酸の分子量を、黄金比で知られる、フィボナッチ数列で分解しますと、二次構造の特徴に近くなります。 参考:ペプチドとフィボナッチ数列
そのことからペプチドは、数式上の対称性であることがわかりました。
本サービスは、車のタイヤのタイヤバランスと同様に、おもりである、アミノ酸をつけるなどしてバランスをとります。


対称性はアミノ酸配列と配列の長さのバランスの2要素です

アミノ酸配列のバランスをとるのは、余計な活性、作用を軽減し高い特異性のためです

配列中のそれぞれのアミノ酸が、その位置で最大の対称性にする必要があります。

例:ファージディスプレイ法で最初に得られた配列のアミノ酸の中には対称性の破れがありますので、高い特異性のためにはアミノ酸の置換が必要になります。
※ファージディスプレイ法では、配列の長さのバランスをとるのも必要になります。

配列の長さのバランスをとるのは、高い活性、作用のためです

例:アンジオテンシンI はC末端側から2残基分長すぎて対称性の破れがありますので、活性が殆どありません。

その2残基を削除したアンジオテンシンⅡは対称性が最大になりますので、活性も最大になります。

アンジオテンシンI  : Asp - Arg - Val - Tyr - Ile - His - Pro - Phe - His - Leu – OH
アンジオテンシンII : Asp - Arg - Val - Tyr - Ile - His - Pro - Phe – OH

既存ペプチド、Oxytocinを例にした解析と配列の最適化の概要

OxytocinCYIQNCPLG-NH2 (Disulfide bridge: 1 - 6)
(Arg⁸)-VasotocinCYIQNCPRG-NH₂ (Disulfide bridge: 1 - 6)
(Arg⁸)-VasopressinCYFQNCPRG-NH₂ (Disulfide bridge: 1 - 6)

N末端側からCYIQ をシード配列にしますと、次のC末端側のアミノ酸はNが、最大の対称性になります。以下同様にしますと次のようになります。
CYIQ⇨CYIQN⇨CYIQNC⇨CYIQNCP⇨CYIQNCPL⇨CYIQNCPLG

本サービスでは、N末端側のCYIQ をシード配列にOxytocin、CYIQNCPLGまで最適化が可能です。
そして表にある対称性アミノ酸のセカンドベストの置換候補までわかります。

セカンドベストのN末端側から3残基目がF、8残基目のRに置換しますと、(Arg⁸)-Vasopressin CYFQNCPRG-NH2のアミノ酸配列になります。ですのでセカンドベストは有力置換候補になります。

今までの検証の結果、配列中連続した3から5残基くらいの範囲で、大きい分子量と小さい分子量の差が大きいところの配列が、結合ポケットを掴むというようになっているようです。

CYIQNCPLG-NH2 の場合は2箇所あり、N末端側CYI、C末端側PLG それぞれ3残基がこれに該当します。ですので、これらの中でアミノ酸置換をしますと、活性、作用の種類が変わる可能性が極めて高くなります。
それらの配列とQNCのように、配列中で相対的に分子量差があまりないところとのセットで活性、作用があるように なっています。

セットという点では、エピトープマッピング、ファージディスプレイも同様になっています。ファージディスプレイでは、分子量差のないところの配列のアミノ酸が対称性の点でセカンドベストですと、ベストに置換をしますとTYシンメトリー法の理論上活性が上がりますし、またその例もあります。

拮抗剤の配列をデザインする場合は、活性の種類を変えないという意味で、結合ポケットには関係のないと思われる部分をアミノ酸置換することになるということで検討しました。次で説明いたします。

アンジオテンシンIIから受容体拮抗薬へのアミノ酸置換について

アンジオテンシンII : Asp- Arg - Val - Tyr - Ile - His - Pro -Phe
アンジオテンシンII 受容体拮抗薬 CH3-Gly-Arg-Val-Tyr-Val-His-Pro-Ala

※配列中のアミノ酸の分子量差の最大の組み合わせは、Arg - Val – Tyr です。ここがOxytocinで説明しましたように、結合ポケットを掴むようになっているようです。N末端から4番目Tyrの置換候補は一文字表記で E,I > Y,Aです。Tyr(Y)は最大の対称性ではありませんが、十分に対称性の破れがない範囲です。

次の表はアンジオテンシンIIのアミノ酸の分子量の大きい順番に表にしたものです。この表から大きい分子量、小さい分子量からをそれぞれ2残基を選定しますと
Asp- Arg - Val - Tyr - Ile - His - Pro - Phe – OHになります。

アミノ酸 分子量
Tyr 181.19
Arg 174.21
Phe 165.19
His 155.16
Asp 133.1
Ile 131.16
Val 117.15
Pro 115.13

X- Arg - Val - Tyr - X - X- Pro – X、にアミノ酸置換のため、まずはこの4残基を確定させます。
次に連続したアミノ酸配列、Arg - ValTyr 3残基をシード配列とします。
X- Arg - ValTyrのXの位置の候補はAspとGly の2種類になります。
(X- Arg - Val - Tyr – Ile-の場合のXはAspの一種類です。)

Gly-Arg-Val-Tyrをシード配列にデザインしますと、アンジオテンシンII受容体拮抗薬の類似体、Gly-Arg-Val-Tyr-Val-His-Pro-Ala になります。 このような方法が、受容体拮抗薬のデザインに有力であることを期待してます。

エビデンスについて

TYシンメトリー法はペプチドバランスを調整するという方法ですので、活性、作用の種類に関係なく共通するものと思っています。
ご研究対象のファージディスプレイ法で得られた配列など、予めお分かりの活性の程度を伏せた配列3本を頂けましたら解析しお伝えいたします。それをとりあえずのエビデンスとしてご理解いただければ幸いです。

重要事項:当社のデザインした配列の所有権等の全ては、目的にかかわらず、ご発注される方(会社、大学等研究機関)に帰属するようにします。ご希望でしたら必要書類を作成しお送りします。

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