AlphaMut: A Deep Reinforcement Learning Model to Suggest Helix-Disrupting Mutations

螺旋(腹足类) 丙氨酸 突变 蛋白质结构 氨基酸 强化学习 计算生物学 α螺旋 计算机科学 化学 生物物理学 遗传学 生物 生物化学 人工智能 基因 生态学 蜗牛
作者
Prathith Bhargav,Arnab Mukherjee
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.4c01387
摘要

Helices are important secondary structural motifs within proteins and are pivotal in numerous physiological processes. While amino acids (AA) such as alanine and leucine are known to promote helix formation, proline and glycine disfavor it. Helical structure formation, however, also depends on its environment, and hence, prior prediction of a mutational effect on a helical structure is difficult. Here, we employ a reinforcement learning algorithm to develop a predictive model for helix-disrupting mutations. We start with a model to disrupt helices independent of their protein environment. Our results show that only a few mutations lead to a drastic disruption of the target helix. We further extend our approach to helices in proteins and validate the results using rigorous free energy calculations. Our strategy identifies amino acids crucial for maintaining structural integrity and predicts key mutations that could alter protein structure. Through our work, we present a new use case for reinforcement learning in protein structure disruption.
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