AggNet: Advancing protein aggregation analysis through deep learning and protein language model

可解释性 计算机科学 蛋白质聚集 水准点(测量) 深度学习 淀粉样纤维 机器学习 人工智能 计算生物学 化学 淀粉样β 生物 生物化学 医学 疾病 大地测量学 病理 地理
作者
Wenjia He,Xiaopeng Xu,Haoyang Li,Juexiao Zhou,Xin Gao
出处
期刊:Protein Science [Wiley]
卷期号:34 (2)
标识
DOI:10.1002/pro.70031
摘要

Abstract Protein aggregation is critical to various biological and pathological processes. Besides, it is also an important property in biotherapeutic development. However, experimental methods to profile protein aggregation are costly and labor‐intensive, driving the need for more efficient computational alternatives. In this study, we introduce “AggNet,” a novel deep learning framework based on the protein language model ESM2 and AlphaFold2, which utilizes physicochemical, evolutionary, and structural information to discriminate amyloid and non‐amyloid peptides and identify aggregation‐prone regions (APRs) in diverse proteins. Benchmark comparisons show that AggNet outperforms existing methods and achieves state‐of‐the‐art performance on protein aggregation prediction. Also, the predictive ability of AggNet is stable across proteins with different secondary structures. Feature analysis and visualizations prove that the model effectively captures peptides' physicochemical properties effectively, thereby offering enhanced interpretability. Further validation through a case study on MEDI1912 confirms AggNet's practical utility in analyzing protein aggregation and guiding mutation for aggregation mitigation. This study enhances computational tools for predicting protein aggregation and highlights the potential of AggNet in protein engineering. Finally, to improve the accessibility of AggNet, the source code can be accessed at: https://github.com/Hill-Wenka/AggNet .
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