中國金宝搏入口188與合作者提出蛋白質變構路徑預測的深度學習模型
近日(ri)，188bet足球物(wu)理系汪(wang)騫課(ke)題組和(he)上海科技大學(xue)免(mian)疫化學(xue)研究(jiu)所白芳(fang)課(ke)題組合(he)作，提出了蛋白質(zhi)變構路徑預測的深(shen)度(du)學(xue)習模型。該成果以“Exploring Protein Conformational Changes Using a Large-scale Biophysical Sampling Augmented Deep Learning Strategy”為題，于10月(yue)10日(ri)在學(xue)術期刊《先(xian)進科學(xue)》上在線發表。
近年(nian)來，以AlphaFold為代表的深度(du)學(xue)習模(mo)(mo)型在(zai)預測蛋(dan)白(bai)質(zhi)(zhi)的靜態結(jie)構(gou)(gou)方面取得(de)了巨大成功(gong)。然(ran)而，蛋(dan)白(bai)質(zhi)(zhi)的功(gong)能取決于(yu)其(qi)(qi)動力學(xue)特性。研(yan)究人員目前正在(zai)積極探(tan)索(suo)其(qi)(qi)他深度(du)學(xue)習算(suan)法，旨在(zai)預測蛋(dan)白(bai)質(zhi)(zhi)的構(gou)(gou)象變(bian)(bian)化(hua)等動態行(xing)為。開發這類模(mo)(mo)型的主要挑戰之一，在(zai)于(yu)描述構(gou)(gou)象轉變(bian)(bian)的動力學(xue)數據嚴重不(bu)足。為了解(jie)決這個(ge)問(wen)題(ti)，作者結(jie)合(he)物理約束的粗粒度(du)分子動力學(xue)模(mo)(mo)型與增(zeng)強采(cai)樣方法建立(li)了高效模(mo)(mo)擬蛋(dan)白(bai)變(bian)(bian)構(gou)(gou)的計算(suan)框架(jia)，并應(ying)用此(ci)框架(jia)模(mo)(mo)擬了2635個(ge)蛋(dan)白(bai)質(zhi)(zhi)在(zai)雙穩態之間的構(gou)(gou)象轉變(bian)(bian)。該工(gong)作采(cai)集了每(mei)個(ge)蛋(dan)白(bai)在(zai)其(qi)(qi)變(bian)(bian)構(gou)(gou)路徑上的結(jie)構(gou)(gou)信息，從(cong)而建立(li)了首個(ge)大規模(mo)(mo)的蛋(dan)白(bai)質(zhi)(zhi)動態數據庫。
在此基礎上(shang)(shang)，作者開發了(le)一(yi)個(ge)通用的(de)深度(du)學習模(mo)型(xing)PATHpre，能(neng)(neng)夠預測(ce)蛋白質在雙穩態(tai)之間的(de)變構路徑。該模(mo)型(xing)在不同序列長度(du)的(de)蛋白質（范圍從44到704個(ge)氨基酸）上(shang)(shang)均展(zhan)現(xian)(xian)了(le)良好的(de)預測(ce)能(neng)(neng)力，并(bing)(bing)適用于包括變形(xing)蛋白在內(nei)的(de)多類變構體系。研(yan)究(jiu)人(ren)員在多個(ge)系統(tong)中展(zhan)示了(le)預測(ce)結果與實(shi)驗或模(mo)擬數據的(de)一(yi)致(zhi)性，并(bing)(bing)利用該模(mo)型(xing)發現(xian)(xian)了(le)肌球蛋白的(de)變構調控新機制。
圖1. PATHpre建立流程(cheng)
188bet足球博(bo)士生胡堯和上海科(ke)技(ji)大學博(bo)士生楊(yang)皓(hao)為本(ben)文(wen)共(gong)同第一作(zuo)(zuo)者。白芳(fang)、汪騫為本(ben)文(wen)共(gong)同通訊作(zuo)(zuo)者。該研究得到了(le)科(ke)技(ji)部重(zhong)點研發計劃、國(guo)家自然科(ke)學基金等資助。
論文鏈接：//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202400884
（物理(li)學院、科(ke)研部）
