根据宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的一项新研究，由于缺乏可靶向的蛋白质区域，曾经被认为对药物治疗免疫的高达50%的癌症信号蛋白实际上可能是可以治疗的。本月发表在Nature Communications上的研究结果显示，用新的或现有的药物治疗癌症可能有新的机会。
研究人员、临床医生和药理学家希望确定治疗医疗状况(从癌症到自身免疫性疾病)的新方法，通常关注蛋白质口袋，即蛋白质结构中某些蛋白质或分子可以结合的区域。虽然有些口袋在蛋白质结构中很容易识别，但其他口袋则不然。那些隐藏的口袋，被称为神秘口袋，可以为药物提供新的机会。科学家和临床医生用药物瞄准的口袋越多，他们控制疾病的机会就越多。
研究小组使用宾夕法尼亚大学设计的神经网络PocketMiner识别了新的口袋，这是一种人工智能，可以预测神秘口袋可能从单个蛋白质结构中形成的位置，并从自身学习。使用PocketMiner(在世界上最大的超级计算机上运行的模拟训练)，研究人员模拟了单个蛋白质结构，并成功预测了身体数千个区域中35种癌症相关蛋白质结构中神秘口袋的位置。这些曾经隐藏的目标，现在已经确定，为潜在的治疗现有癌症开辟了新的方法。
更重要的是，在成功预测神秘口袋的同时，科学家在这项研究中使用的方法比以前的模拟或机器学习方法要快得多。该网络允许研究人员几乎立即决定蛋白质是否可能具有神秘的口袋，然后再投资更昂贵的模拟或实验以进一步追求预测的口袋。
“超过一半的人类蛋白质被认为是不可成药的，因为我们的快照中明显缺乏结合蛋白，”宾夕法尼亚大学生物化学和生物物理学与生物工程教授，该研究的主要作者Gregory R. Bowman博士说。“这项PocketMiner研究和其他类似研究不仅预测了与癌症相关的关键蛋白质结构中的可药物口袋，而且表明大多数人类蛋白质也可能具有可药物口袋。这一发现为那些目前无法治愈的疾病患者带来了希望。
在团队的实验结束时，神经网络在50%的蛋白质结构中发现了可能的神秘口袋，这些结构以前被认为是“不可成药的”并且不包含口袋。这可能意味着许多曾经被认为无法用药物治疗的癌症可以得到有效治疗。
在他们的论文中，研究人员强调了癌症信号通路中的两个关键蛋白质结构，其中可能存在神秘的口袋，他们说在设计新药时应该追求这一点。第一种，Jak / Stat通路中的WNT2蛋白是许多实体瘤中癌症信号传导的组成部分。第二种是PIM2，这是一种特殊的酶，与几种类型的癌症有关，包括肺癌，前列腺癌和乳腺癌以及白血病和骨髓瘤。
这种研究在宾夕法尼亚大学成为可能，这要归功于Folding@home，这是一个由鲍曼管理的分布式计算网络，非专业志愿者不需要计算机或学术知识，允许他们的计算机用于帮助进行实验和模拟。这导致比任何超级计算机产生的更多的数据和更快的计算。由于分布式计算网络和PocketMiner神经网络，识别潜在神秘口袋的成功率和整体速度大约比用于寻找潜在神秘口袋的其他预测方法快一百万倍。
“Folding@home和这项研究强调了计算机在生物化学和生物物理学中的重要性。计算机不会很快取代实验室，“鲍曼说。“但是，通过首先利用计算机和创新软件和代码，研究人员可以进行更强大的研究并做出更好的假设。
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