浙大團隊利用人工智能為膜蛋白造“裝甲”

浙江大學近日發布消息稱，其科研團隊以《De novo Design of GPCR Exoframe Modulators(GPCR外骨骼蛋白的從頭設計)》為題，在《自然》期刊發表重要成果，利用人工智能設計出可精準調控G蛋白偶聯受體(下稱“GPCR”)功能的人工跨膜蛋白，為膜蛋白功能重構開辟全新路徑。

人體內有800多種不同的GPCR，其是細胞信號轉導系統的核心組成部分，可視為人體的“信號接收器”，調控著感覺、情緒、心血管、代謝等關鍵生命過程。目前，全球超過30%的上市藥物以其為靶點，但傳統藥物設計對基因突變導致的結構性功能障礙往往療效有限。

浙江大學醫學院副院長張巖與計算機學院博士生導師章敏的團隊提出“外骨骼式”受體調控新思路。團隊設計的人工跨膜蛋白(下稱“GEM”)作用于GPCR跨膜框架，使其經典意義上“七次跨膜螺旋”，擴展為九次甚至十三次，從而調控GPCR受體的信號輸出方式及其相應功能。

“GEM就像‘緊箍咒’，它不是受體的一部分，卻套在關鍵位置限制或引導其動作方式。”張巖解釋道，當受體因突變失靈或失控時，GEM可幫助其恢復正常功能，“這將為長期缺乏有效干預手段的GPCR功能障礙疾病，比如帕金森樣疾病，提供新的治療思路”。

張巖表示，如果沒有人工智能技術，如今的科研成果幾乎是無法實現的。

“GEM通常由60個到80個氨基酸組成，每個位置又有20種可能性，組合數量達天文數字。而人工智能幫助我們將候選分子從天文數字縮小到幾百個，使實驗篩選成為可能。”張巖說。

章敏介紹，基于人工智能，團隊不僅設計出了讓受體“關機”“開機”或產生偏向性信號的模塊，還實現了蛋白的可編程性，“未來或許可以像設計電路一樣，將這些模塊拼裝成生物‘邏輯門’，精準地對細胞信號進行重新編程”。