Dynamic insights into the structural evolution of ACE2–RBD interactions through molecular dynamics simulation, Markov state modeling, and large language model mutation prediction

作者
Yutao Zhou,Tong Wang
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:163 (19)
标识
DOI:10.1063/5.0300029
摘要

The viral Spike protein of SARS-CoV-2 is responsible for virus–host recognition, in which the receptor-binding domain (RBD) binds to the host receptor angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2). Structural biology studies have revealed the structures and binding mechanisms of several variants of concern, but they inherently lack dynamic information. Previous molecular dynamics (MD) simulations have generated vast trajectories, but the metastable states are insufficiently detected and analyzed. In this study, we dissect extensive MD simulations of the ACE2–RBD complex of the wild type and three pivotal Omicron variants: BA.2, BA.2.86, and JN.1. Employing the Time-lagged independent component analysis-Markov State Models method, we identify four principal metastable states for each system and demonstrate that lineage-defining mutations systematically alter the thermodynamic properties, such as equilibrium populations and interaction energies, as well as their transition kinetics. Our study establishes a robust paradigm for extracting detailed thermodynamic and kinetic insights from MD simulations that surpass conventional analysis. Furthermore, by scanning point mutations on the RBD, evaluating these mutations with a fine-tuned large language model, and investigating the resulting structural interactions at the binding interface, our work provides a dynamic, atomic-level view of the structural evolution of ACE2–RBD interactions, offering a mechanistic basis to aid in future viral surveillance and therapeutic design.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Wang_ZiMo完成签到,获得积分10
刚刚
strong发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
刚刚
1秒前
ZheyuYao发布了新的文献求助10
1秒前
PB完成签到,获得积分10
1秒前
袁奇点完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
lzh发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
XXX完成签到 ,获得积分10
2秒前
心灵美胡萝卜完成签到,获得积分10
2秒前
jiao发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
Rqbnicsp发布了新的文献求助30
4秒前
FLX发布了新的文献求助20
4秒前
4秒前
student完成签到,获得积分20
5秒前
FF完成签到 ,获得积分10
5秒前
5秒前
yhp完成签到 ,获得积分10
5秒前
英吉利25发布了新的文献求助10
5秒前
丹妮发布了新的文献求助10
6秒前
WendyWen发布了新的文献求助200
6秒前
大个应助vax采纳,获得10
6秒前
Zsx完成签到,获得积分10
6秒前
秋霞发布了新的文献求助10
6秒前
Jean_Zhao完成签到,获得积分10
7秒前
阿海的发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
8秒前
watermelon完成签到,获得积分20
8秒前
Xiaohu完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
xiaoQ完成签到 ,获得积分10
9秒前
9秒前
斯文败类应助9606采纳,获得10
10秒前
10秒前
11秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Vertébrés continentaux du Crétacé supérieur de Provence (Sud-Est de la France) 600
A complete Carnosaur Skeleton From Zigong, Sichuan- Yangchuanosaurus Hepingensis 四川自贡一完整肉食龙化石-和平永川龙 600
Elle ou lui ? Histoire des transsexuels en France 500
FUNDAMENTAL STUDY OF ADAPTIVE CONTROL SYSTEMS 500
微纳米加工技术及其应用 500
Nanoelectronics and Information Technology: Advanced Electronic Materials and Novel Devices 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5316908
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4459356
关于积分的说明 13874913
捐赠科研通 4349318
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2388758
邀请新用户注册赠送积分活动 1382917
关于科研通互助平台的介绍 1352277