Node-Weighted Amino Acid Network Strategy for Characterization and Identification of Protein Functional Residues

鉴定(生物学) 节点(物理) 表征(材料科学) 计算生物学 氨基酸 化学 计算机科学 生物化学 生物 纳米技术 材料科学 植物 工程类 结构工程
作者
Wenying Yan,Guang Hu,Zhongjie Liang,Jianhong Zhou,Yang Yang,Jiajia Chen,Bairong Shen
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:58 (9): 2024-2032 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.8b00146
摘要

The study of functional residues (FRs) is essential for understanding protein functions and biological processes. The amino acid network (AAN) has become an emerging paradigm for studying FRs during the past decade. Current AAN models ignore the heterogeneity of nodes and treat amino acids in the AAN as the same. However, the properties of each amino acid node are of fundamental importance. We here proposed a node-weighted AAN strategy termed the node-weighted amino acid contact energy network (NACEN) to characterize and predict three types of FRs, namely, hot spots, catalytic residues, and allosteric residues. We first constructed NACENs with their nodes weighted based on structural, sequence, physicochemical, and dynamical properties of the amino acids and then characterized the FRs with the NACEN parameters. We finally built machine learning predictors to identify each type of FR. The results revealed that residues characterized with NACEN parameters are more distinguishable between FRs and non-FRs than those with unweighted network ones. With few features for classification, NACEN yields comparable performance for FR identification and provides residue level prediction for allosteric regulation. The proposed strategy can be easily implemented to other functional residue identification. An R package is also provided for NACEN construction and analysis at http://sysbio.suda.edu.cn/NACEN/index.html.

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