Exploring Protein Conformational Changes Using a Large‐Scale Biophysical Sampling Augmented Deep Learning Strategy

变构调节 深度学习 稳健性(进化) 计算机科学 分子动力学 人工智能 构象变化 蛋白质结构 构象集合 蛋白质数据库 机器学习 化学 生物化学 计算化学 基因
作者
Yao Hu,Hao Yang,Mingwei Li,Zhicheng Zhong,Yongqi Zhou,Fang Bai,Qian Wang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (44) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/advs.202400884
摘要

Abstract Inspired by the success of deep learning in predicting static protein structures, researchers are now actively exploring other deep learning algorithms aimed at predicting the conformational changes of proteins. Currently, a major challenge in the development of such models lies in the limited training data characterizing different conformational transitions. To address this issue, molecular dynamics simulations is combined with enhanced sampling methods to create a large‐scale database. To this end, the study simulates the conformational changes of 2635 proteins featuring two known stable states, and collects the structural information along each transition pathway. Utilizing this database, a general deep learning model capable of predicting the transition pathway for a given protein is developed. The model exhibits general robustness across proteins with varying sequence lengths (ranging from 44 to 704 amino acids) and accommodates different types of conformational changes. Great agreement is shown between predictions and experimental data in several systems and successfully apply this model to identify a novel allosteric regulation in an important biological system, the human β‐cardiac myosin. These results demonstrate the effectiveness of the model in revealing the nature of protein conformational changes.
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