Discovery of Novel Gain-of-Function Mutations Guided by Structure-Based Deep Learning

函数增益 计算生物学 表型 功能(生物学) 蛋白质功能 蛋白质工程 鉴定(生物学) 生物 突变 遗传学 生物化学 基因 生态学
作者
Raghav Shroff,Austin W. Cole,Daniel J. Diaz,Barrett R. Morrow,Isaac Donnell,Ankur Annapareddy,Jimmy Gollihar,Andrew D. Ellington,Ross Thyer
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:9 (11): 2927-2935 被引量:120
标识
DOI:10.1021/acssynbio.0c00345
摘要

Despite the promise of deep learning accelerated protein engineering, examples of such improved proteins are scarce. Here we report that a 3D convolutional neural network trained to associate amino acids with neighboring chemical microenvironments can guide identification of novel gain-of-function mutations that are not predicted by energetics-based approaches. Amalgamation of these mutations improved protein function in vivo across three diverse proteins by at least 5-fold. Furthermore, this model provides a means to interrogate the chemical space within protein microenvironments and identify specific chemical interactions that contribute to the gain-of-function phenotypes resulting from individual mutations.
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