Работа является результатом сотрудничества Майрона Гудмана, профессора биологических наук и химии Колледжа литературы, искусств и наук Дорнсайф Университета Южной Калифорнии; и Чи Мак, профессор химии в USC Dornsife.
"Для меня это был Святой Грааль", – сказал Гудман. "Теперь мы можем предсказать движение ключевого фермента, который инициирует гипермутации в генах иммуноглобулинов (Ig)."
Гудман впервые описал процесс, создающий разнообразие антител, два года назад.
Короче говоря, фермент, называемый «индуцированная активацией дезоксицитидин дезаминаза» (или AID), перемещает вверх и вниз одноцепочечную ДНК, которая кодирует образец для антител и спорадически изменяет цепь, превращая одно азотистое основание в другое, что называется «дезаминированием»."Это изменение создает ДНК с другим шаблоном – мутацию.
Эти мутации, которые AID создает в миллион раз чаще, чем в противном случае, генерируют антитела всех видов, обеспечивая вам защиту от микробов, которых ваше тело еще даже не обнаружило.
«Вот почему, когда я чихаю, ты не умираешь», – сказал Гудман.
Изучая, казалось бы, случайное движение AID вверх и вниз по ДНК, Гудман хотел понять, почему он движется так, как это происходит, и почему в одних местах он дезаминирует гораздо больше, чем в других.
«Мы посмотрели на исходные данные и спросили, что фермент делал для его создания», – сказал Гудман. Он и его команда смогли разработать статистические модели, вероятности которых примерно соответствовали данным, и даже смогли визуально отслеживать отдельные ферменты и наблюдать за их работой. Но все они были приблизительными, хотя и разумными.
Однако сотрудничество с Маком предложило кое-что получше: строгую математическую модель, описывающую движение фермента и взаимодействие с ДНК, и алгоритм для прямого считывания динамики AID из паттернов мутаций.
В то время Мак работал над математикой квантовой механики. Используя аналогичные методы, Мак смог помочь создать модель, которая, как показало тестирование, является точной.
«Математика – это универсальный язык физической науки, но ее центральная роль в интерпретации биологии только начинает осознаваться», – сказал Мак. Гудман и Мак сотрудничали в исследовании с Фуонг Фамом, доцентом-исследователем, и Самиром Афифом, аспирантом USC Dornsife.
Статья об их работе, которая будет опубликована в Journal of Biological Chemistry 11 октября, была выбрана журналом как «газета недели»."
Затем команда обобщит математическую модель для изучения «реального» действия AID, поскольку он инициирует мутации во время транскрипции вариабельных и константных областей Ig, что является процессом, необходимым для создания иммунного разнообразия в B-клетках человека.