Computational design of dynamic receptor—peptide signaling complexes applied to chemotaxis

变构调节 趋化性 G蛋白偶联受体 受体 计算生物学 信号转导 信号蛋白 小分子 生物分子 化学 纳米技术 生物 细胞生物学 生物化学 材料科学
作者
Jefferson Roberts,Aurélien Oggier,Andreas Füglistaler,Nicolas Camviel,M. Hijazi,Ana Rico Villarreal,Caroline Arber,Patrick Barth
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:8
标识
DOI:10.1038/s41467-023-38491-9
摘要

Abstract Engineering protein biosensors that sensitively respond to specific biomolecules by triggering precise cellular responses is a major goal of diagnostics and synthetic cell biology. Previous biosensor designs have largely relied on binding structurally well-defined molecules. In contrast, approaches that couple the sensing of flexible compounds to intended cellular responses would greatly expand potential biosensor applications. Here, to address these challenges, we develop a computational strategy for designing signaling complexes between conformationally dynamic proteins and peptides. To demonstrate the power of the approach, we create ultrasensitive chemotactic receptor—peptide pairs capable of eliciting potent signaling responses and strong chemotaxis in primary human T cells. Unlike traditional approaches that engineer static binding complexes, our dynamic structure design strategy optimizes contacts with multiple binding and allosteric sites accessible through dynamic conformational ensembles to achieve strongly enhanced signaling efficacy and potency. Our study suggests that a conformationally adaptable binding interface coupled to a robust allosteric transmission region is a key evolutionary determinant of peptidergic GPCR signaling systems. The approach lays a foundation for designing peptide-sensing receptors and signaling peptide ligands for basic and therapeutic applications.

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