Protein-DNA Binding Residues Prediction Using a Deep Learning Model with Hierarchical Feature Extraction

计算机科学 计算生物学 人工智能 萃取(化学) 模式识别(心理学) 深度学习 特征(语言学) DNA 化学 生物 色谱法 生物化学 语言学 哲学
作者
Shixuan Guan,Quan Zou,Hongjie Wu,Yuanzhao Ding
出处
期刊:IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-10 被引量:4
标识
DOI:10.1109/tcbb.2022.3190933
摘要

Biologically important effects occur when proteins bind to other substances, of which binding to DNA is a crucial one. Therefore, accurate identification of protein-DNA binding residues is important for further understanding of the protein-DNA interaction mechanism. Although wet-lab methods can accurately obtain the location of bound residues, it requires significant human, financial and time costs. There is thus an urgent need to develop efficient computational-based methods. Most current state-of-the-art methods are two-step approaches: the first step uses a sliding window technique to extract residue features; the second step uses each residue as an input to the model for prediction. This has a negative impact on the efficiency of prediction and ease of use. In this study, we propose a sequence-to-sequence (seq2seq) model that can input the entire protein sequence of variable length and use two modules, Transformer Encoder Block and Feature Extracting Block, for hierarchical feature extraction, where Transformer Encoder Block is used to extract global features, and then Feature Extracting Block is used to extract local features to further improve the recognition capability of the model. The comparison results on two benchmark datasets, namely PDNA-543 and PDNA-41, prove the effectiveness of our method in identifying protein-DNA binding residues. The code is available at https://github.com/ShixuanGG/DNA-protein_binding_residues.
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