Аналіз структур білків за допомогою AlphaFold для дослідження мутацій і їхнього впливу на функції білків у біомедичних застосуваннях

Abstract

Об’єкт дослідження – просторові структури білків людини, що змінюються під впливом мутацій. Предмет дослідження – аналіз впливу мутацій на структуру та функції білків за допомогою алгоритму AlphaFold. Мета роботи – здійснити структурно-функціональний аналіз білків на основі передбачених моделей AlphaFold для оцінки впливу точкових мутацій у біомедичному контексті. Проведено огляд сучасних підходів до аналізу білкових структур і алгоритмів глибинного навчання, зокрема AlphaFold. Описано архітектуру моделі та особливості її роботи з білками з різними типами мутацій. Змодельовано просторові структури чотирьох білків (TP53, CFTR, Spike SARS-CoV-2, лізоцим) у диких і мутантних формах. Виконано порівняння метрик pLDDT, pTM, PAE та TM-score між вихідними і мутантними структурами, виявлено зміни у функціонально важливих ділянках. Проаналізовано вплив мутацій на біологічну активність білків із використанням інструментів FoldX, Rosetta, SIFT, PolyPhen та засобів візуалізації ChimeraX і PyMOL. AlphaFold підтвердив ефективність у передбаченні структур і початковому аналізі мутацій. Результати можуть бути застосовані для ідентифікації терапевтичних мішеней, діагностики та персоналізованої медицини.