Evolutionary algorithms accelerate de novo design of potent Nectin-4-specific cancer biologics

计算生物学 生物信息学 选择(遗传算法) 计算机科学 生物 合成生物学 管道(软件) 癌症 序列(生物学) 序列空间 进化算法 积极选择 系统生物学 癌细胞 否定选择
作者
Elisabeth Tan,Sophie C Frechen,Bianca Broske,Julia M. Messmer,Tim Noah Kempchen,Benjamin A. McEnroe,Dominic Ferber,Leonie Waluga,Eduard Below,Alexander Hoch,Michelle C.R. Yong,Johannes Oldenburg,Heiko Rühl,Matthias Geyer,Marieta Ioana Toma,Niklas Klümper,Tobias Bald,Jonathan Leo Schmid-Burgk,Michael Hölzel,Gregor Hagelueken
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:3
标识
DOI:10.64898/2026.03.04.709551
摘要

Abstract Recent advances in AI-based structural biology have made de novo protein binder design increasingly effective, yet performance remains highly target dependent. For instance, the cancer surface antigen Nectin-4, an immunoglobulin-like cell adhesion protein, proved particularly challenging for RFdiffusion-based minibinder generation, yielding substantially fewer high-quality candidates than related targets. To address this bottleneck, we integrated an evolutionary genetic algorithm (GA) with AI-driven design. GA selection with tunable stringency was coupled with diversification via partial diffusion or direct sequence editing, enabling efficient exploration of sequence-structure space and rapid enrichment of promising candidates. This AI-GA pipeline quickly produced large and diverse minibinder panels with very good in silico quality metrics and is compatible with inputs from multiple design algorithms. Pooled, large-scale experimental screening identified highly stable Nectin-4 minibinders with single-digit nanomolar down to subnanomolar affinities. Lead binders were further engineered into Nectin-4-specific flow cytometry detection reagents and potent bispecific T cell engagers, demonstrating functional activity beyond binding. Together, these results show that evolutionary refinement can unlock challenging targets and accelerate de novo protein design for next-generation cancer biologics.

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