Ab-Initio Membrane Protein Amphipathic Helix Structure Prediction Using Deep Neural Networks

可解释性 从头算 人工智能 人工神经网络 蛋白质结构预测 深度学习 生物系统 螺旋(腹足类) 膜蛋白 计算机科学 机器学习 化学 蛋白质结构 生物 生物化学 有机化学 蜗牛 生态学
作者
Shi-Hao Feng,Chun‐Qiu Xia,Peidong Zhang,Hong‐Bin Shen
出处
期刊:IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:19 (2): 795-805 被引量:7
标识
DOI:10.1109/tcbb.2020.3029274
摘要

Amphipathic helix (AH)features the segregation of polar and nonpolar residues and plays important roles in many membrane-associated biological processes through interacting with both the lipid and the soluble phases. Although the AH structure has been discovered for a long time, few ab initio machine learning-based prediction models have been reported, due to the limited amount of training data. In this study, we report a new deep learning-based prediction model, which is composed of a residual neural network and the uneven-thresholds decision algorithm. It is constructed on 121 membrane proteins, in total 51640 residue samples, which are curated from an up-to-date membrane protein structure database. Through a rigid 10-fold nested cross-validation experiment, we demonstrate that our model can achieve promising predictions and exceed current state-of-the-art approaches in this field. This presents a new avenue for accurately predicting AHs. Analysis on the contribution of the input residues and some cases further reveals the high interpretability and the generalization of our model.
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