De novo design of high-affinity binders of bioactive helical peptides

化学 计算生物学 生物化学 生物
作者
Susana Vázquez Torres,Philip J. Y. Leung,Preetham Venkatesh,Isaac D. Lutz,Fabian Hink,Huu‐Hien Huynh,Jessica O. Becker,Hsien‐Wei Yeh,David Juergens,Nathaniel R. Bennett,Andrew N. Hoofnagle,Eric Huang,Michael J. MacCoss,Marc Expòsit,Gyu Rie Lee,Asim K. Bera,Alex Kang,Joshmyn De La Cruz,Paul M. Levine,Xinting Li
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:626 (7998): 435-442 被引量:224
标识
DOI:10.1038/s41586-023-06953-1
摘要

Abstract Many peptide hormones form an α-helix on binding their receptors 1–4 , and sensitive methods for their detection could contribute to better clinical management of disease 5 . De novo protein design can now generate binders with high affinity and specificity to structured proteins 6,7 . However, the design of interactions between proteins and short peptides with helical propensity is an unmet challenge. Here we describe parametric generation and deep learning-based methods for designing proteins to address this challenge. We show that by extending RFdiffusion 8 to enable binder design to flexible targets, and to refining input structure models by successive noising and denoising (partial diffusion), picomolar-affinity binders can be generated to helical peptide targets by either refining designs generated with other methods, or completely de novo starting from random noise distributions without any subsequent experimental optimization. The RFdiffusion designs enable the enrichment and subsequent detection of parathyroid hormone and glucagon by mass spectrometry, and the construction of bioluminescence-based protein biosensors. The ability to design binders to conformationally variable targets, and to optimize by partial diffusion both natural and designed proteins, should be broadly useful.
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