Mining Bovine Milk Proteins for DPP-4 Inhibitory Peptides Using Machine Learning and Virtual Proteolysis

蛋白质水解 生物信息学 胰蛋白酶 化学 生物化学 酪蛋白 虚拟筛选 酶水解 木瓜蛋白酶 水解 机器学习 药物发现 计算机科学 基因
作者
Yiyun Zhang,Yiqing Zhu,Xin Bao,Zijian Dai,Qun Shen,Liyang Wang,Yong Xue
出处
期刊:Research [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:7: 0391-0391 被引量:23
标识
DOI:10.34133/research.0391
摘要

Dipeptidyl peptidase-IV (DPP-4) enzyme inhibitors are a promising category of diabetes medications. Bioactive peptides, particularly those derived from bovine milk proteins, play crucial roles in inhibiting the DPP-4 enzyme. This study describes a comprehensive strategy for DPP-4 inhibitory peptide discovery and validation that combines machine learning and virtual proteolysis techniques. Five machine learning models, including GBDT, XGBoost, LightGBM, CatBoost, and RF, were trained. Notably, LightGBM demonstrated superior performance with an AUC value of 0.92 ± 0.01. Subsequently, LightGBM was employed to forecast the DPP-4 inhibitory potential of peptides generated through virtual proteolysis of milk proteins. Through a series of in silico screening process and in vitro experiments, GPVRGPF and HPHPHL were found to exhibit good DPP-4 inhibitory activity. Molecular docking and molecular dynamics simulations further confirmed the inhibitory mechanisms of these peptides. Through retracing the virtual proteolysis steps, it was found that GPVRGPF can be obtained from β-casein through enzymatic hydrolysis by chymotrypsin, while HPHPHL can be obtained from κ-casein through enzymatic hydrolysis by stem bromelain or papain. In summary, the integration of machine learning and virtual proteolysis techniques can aid in the preliminary determination of key hydrolysis parameters and facilitate the efficient screening of bioactive peptides.
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