Predicting Antibody–Antigen Mutation ΔΔ G via Side-Specific Protein Language Models and Paired Geometric Graph Learning

计算机科学 突变 优先次序 排名(信息检索) 相关性 图形 序列(生物学) 人工智能 计算生物学 计算模型 马修斯相关系数 计算 机器学习 人工免疫系统 模式识别(心理学) 可视化 蛋白质结构 理论计算机科学 突变率 序列比对 接口(物质) 训练集 蛋白质测序 结构化预测
作者
Wenchi Ge,Qijia Yu,Jincen Shuai,Qi Zhao
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:66 (17): 11503-11526
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.6c01919
摘要

Mutation-induced changes in binding free energy (ΔΔG) at antibody-antigen interfaces are important for antibody optimization, mutational scanning, and viral immune escape assessment. However, computational prediction remains challenging because antibodies and antigens have distinct sequence backgrounds, mutation effects are often localized at interfaces, and related complexes may remain across training and evaluation partitions. We present AbAgMut-GNN as a task-oriented paired graph framework that coordinates established sequence and geometric learning components around explicit comparison of wild-type (WT) and mutant (MUT) antibody-antigen complexes. AntiBERTy and ESM2 provide frozen residue-level embeddings for antibody and antigen chains, respectively, while mutation-centered, interface-aware, paired-residue, and contact-delta representations capture local perturbations and interaction remodeling. We evaluate AbAgMut-GNN under four complementary internal settings, including the PDB-based split, the complex-cluster split, the antibody-family preserving validation split, and the antigen-cluster-preserving validation split. Under the complex-cluster split, AbAgMut-GNN achieves Pearson correlation coefficients of 0.5841 on AB-Bind and 0.5480 on SKEMPI v2.0. External validation on SARS-CoV-2 and influenza antibody-antigen systems further shows useful mutation-effect correlation trends, although absolute-error performance varies across target systems. Contact-masking and residue-class enrichment analyses indicate that model-derived importance patterns are associated with biologically relevant interface interactions. Overall, AbAgMut-GNN is best viewed as a task-oriented computational tool for trend-level mutation ranking and pre-experimental candidate prioritization rather than as a high-precision substitute for quantitative biophysical measurement.
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