Integration of persistent Laplacian and pre-trained transformer for protein solubility changes upon mutation

突变体 溶解度 计算机科学 变压器 人工智能 突变 计算生物学 机器学习 生物 化学 遗传学 基因 工程类 电气工程 电压 有机化学
作者
Jiahui Chen,JunJie Wee,Kelin Xia,Guo‐Wei Wei
出处
期刊:Computers in Biology and Medicine [Elsevier BV]
卷期号:169: 107918-107918 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.compbiomed.2024.107918
摘要

Protein mutations can significantly influence protein solubility, which results in altered protein functions and leads to various diseases. Despite tremendous effort, machine learning prediction of protein solubility changes upon mutation remains a challenging task as indicated by the poor scores of normalized Correct Prediction Ratio (CPR). Part of the challenge stems from the fact that there is no three-dimensional (3D) structures for the wild-type and mutant proteins. This work integrates persistent Laplacians and pre-trained Transformer for the task. The Transformer, pretrained with hundreds of millions of protein sequences, embeds wild-type and mutant sequences, while persistent Laplacians track the topological invariant change and homotopic shape evolution induced by mutations in 3D protein structures, which are rendered from AlphaFold2. The resulting machine learning model was trained on an extensive data set labeled with three solubility types. Our model outperforms all existing predictive methods and improves the state-of-the-art up to 15%.
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