AbEgDiffuser: Antibody Sequence-Structure Codesign with Equivariant Graph Neural Networks and Diffusion Models

计算机科学 可扩展性 等变映射 编码 图形 人工智能 深层神经网络 生成模型 人工神经网络 理论计算机科学 深度学习 生成语法 双层优化 计算生物学 蛋白质工程 算法 蛋白质设计 抗体 动态规划 进化算法
作者
Yibo Zhu,Xiumin Shi,J. Zhang,Weizhong Sun,Lu Wang
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
卷期号:21 (21): 11307-11317 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.5c00990
摘要

Antibodies are crucial immune proteins with high antigen specificity. Conventional antibody engineering is time-consuming and inefficient, whereas deep learning-driven specific antibody design offers an innovative avenue for drug discovery. In this work, we introduce AbEgDiffuser, a deep generative framework that enables the codesign of antibody sequences and structures conditioned on target antigens. Our model integrates diffusion models with equivariant graph neural networks and further incorporates evolutionary constraints. During forward diffusion, amino acid sequences, Cα atom coordinates, and residue orientations are progressively corrupted toward a prior distribution. In reverse, a bilevel equivariant graph neural network captures both residue- and atom-level interactions to reconstruct functional antibodies. To enforce evolutionary plausibility, we encode noisy sequences with the pretrained protein language model ESM-2. Extensive experiments on de novo antibody design and optimization tasks demonstrate that the model generates antibodies with accurate sequences and structures, as well as high binding affinity, outperforming existing design methods.
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