<i>In Silico</i> Determined Properties of Designed Superoxide Dismutase-1 Mutants Predict ALS-like Phenotypes <i>In Vitro</i> and <i>In Vivo</i>
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The underlying physical causes of SOD1-related ALS are still not well-understood. We address this problem here by computationally designing two de novo mutants, A89R and K128N, which were predicted theoretically to be either significantly destabilizing or stabilizing respectively. We subjected these in silico designed mutants to a series of experimental tests, including in vitro measures of thermodynamic stability, cell-based aggregation and toxicity assays, and an in vivo developmental model of zebrafish motor neuron axonopathy. The experimental tests validated the theoretical predictions: A89R is an unstable, highly-deleterious mutant, and K128N is a stable, non-toxic mutant. Moreover, K128N is predicted computationally to form an unusually stable heterodimer with the familial ALS mutant A4V. Consistent with this prediction, co-injection of K128N and A4V into zebrafish shows profound rescue of motor neuron pathology. The demonstrated success of these first principles calculations to predict the physical properties of SOD1 mutants holds promise for rationally designed therapies to counter the progression of ALS. Significance Mutations in the protein superoxide dismutase cause ALS, and many of these mutants have decreased folding stability. We sought to pursue this thread using a synthetic biology approach, where we designed two de novo mutations, one stabilizing and one destabilizing, as predicted using computational molecular dynamics simulations. We then tested these mutants using in vitro , cell-based, and in vivo zebrafish models. We found that the unstable mutant was toxic, and induced a severe ALS phenotype in zebrafish; the predicted stable mutant, on the other hand, behaved even better than WT. In fact, it was able to rescue the ALS phenotype caused by mutant SOD1. We propose a mechanism for this rescue, which may provide an avenue for therapeutic intervention.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».