DeepTMHMM2 enables accurate prediction of transmembrane protein topology and subcellular location

داخل كل خلية حية، يفصل حاجز زيتي رقيق بين العالم الداخلي والخارج. هذا الحاجز، المعروف بالغشاء، ليس مجرد جدار بل هو حارس ديناميكي يتحكم فيما يدخل ويخرج. ولكي تعمل الخلايا، تعتمد على بروتينات خاصة تستقر داخل هذا الغشاء، حيث تعمل كقنوات أو مستشعرات أو مراسي. بعض هذه البروتينات تمتد عبر الحاجز بالكامل، مثل نفق يحفر عبر جبل، بينما يستقر البعض الآخر على السطح أو ينغمس فيه جزئيًا فقط. لطالما تمكن العلماء من رسم خرائط للبروتينات التي تعبر الحاجز بالكامل، وتحديد الأجزاء التي تخترق الغشاء وتحديد الاتجاه الذي تواجهه. ومع ذلك، ظل جزء كبير من هذه الهياكل الجزيئية لغزًا: وهي الأجزاء التي تحوم بالقرب من السطح أو تنغمس دون أن تعبر تمامًا إلى الجانب الآخر. إن فهم الشكل والموقع الكامل لهذه البروتينات أمر بالغ الأهمية لأن هيكلها يحدد كيفية عملها، وبدون خريطة كاملة، يظل فهمنا لكيفية عمل الخلايا مجزأً.

لقد طور الباحثون الآن أداة جديدة تسمى DeepTMHMM2 لحل هذه القطعة المفقودة من اللغز. وبينما كانت الطرق السابقة قادرة على التنبؤ بدقة بأجزاء البروتين التي تعبر الغشاء بالكامل، إلا أنها فشلت في تحديد عمليات الإدخال الجزئية الأكثر دقة. تشمل هذه الأجزاء الجزئية المناطق الراجعة (re-entrant regions)، التي تغوص في الغشاء ثم تخرج منه دون عبوره، والحلزونات البينية (interfacial helices)، التي تستقر على طول حدود الغشاء دون اختراقه بالكامل. يعد النظام الجديد الأول الذي ينجح في التنبؤ بهذه الأجزاء غير العابرة إلى جانب الأجزاء التقليدية. علاوة على ذلك، فإنه يذهب خطوة أبعد بتحديد أي من الأغشية البيولوجية السبعة عشر المختلفة في الخلية ينتمي إليها البروتين، بدلًا من مجرد التخمين بأنه موجود في "غشاء ما". ومن خلال التدريب على كميات هائلة من البيانات، تعلمت الأداة التعرف على الأنماط المعقدة التي تحدد هذه الهياكل المراوغة، محققة دقة عالية في أجزاء العبور القياسية مع إتقان هذه الميزات التي تم التغاضي عنها سابقًا في الوقت نفسه.

وعندما طبق الباحثون هذه الأداة الجديدة على قاعدة بيانات ضخمة من البروتينات المعروفة، كشفت النتائج عن حقيقة مفاجئة حول بنية الحياة. فقد وجدوا أن هذه الأجزاء غير العابرة ليست شذوذات نادرة، بل هي سمة شائعة في البروتينات الغشائية. في الواقع، أظهر التحليل أن الحلزونات البينية موجودة في ما يقرب من ربع جميع البروتينات التي تعبر الغشاء بشكل لولبي. يغير هذا الاكتشاف الصورة حول كيفية بناء هذه البروتينات، مظهرًا أنها أكثر تعقيدًا وتنوعًا مما كان يُعتقد سابقًا. لقد نجحت الأداة في تعلم التنبؤ بهذه العناصر الإضافية، مما أثبت أن حدود بروتينات الغشاء ليست مجرد خطوط بسيطة للدخول والخروج، بل تشمل مشهدًا غنيًا من التفاعلات الجزئية الضرورية للوظيفة البيولوجية.