Predicting the effects of mutations on protein solubility using graph convolution network and protein language model representation

溶解度 水准点(测量) 计算机科学 卷积神经网络 蛋白质测序 生物信息学 图形 蛋白质结构预测 蛋白质结构 生物系统 计算生物学 人工智能 化学 肽序列 算法 基因 生物化学 生物 理论计算机科学 有机化学 大地测量学 地理
作者
Jing Wang,Sheng Chen,Qianmu Yuan,Jianwen Chen,Danping Li,Lei Wang,Yuedong Yang
出处
期刊:Journal of Computational Chemistry [Wiley]
卷期号:45 (8): 436-445 被引量:9
标识
DOI:10.1002/jcc.27249
摘要

Abstract Solubility is one of the most important properties of protein. Protein solubility can be greatly changed by single amino acid mutations and the reduced protein solubility could lead to diseases. Since experimental methods to determine solubility are time‐consuming and expensive, in‐silico methods have been developed to predict the protein solubility changes caused by mutations mostly through protein evolution information. However, these methods are slow since it takes long time to obtain evolution information through multiple sequence alignment. In addition, these methods are of low performance because they do not fully utilize protein 3D structures due to a lack of experimental structures for most proteins. Here, we proposed a sequence‐based method DeepMutSol to predict solubility change from residual mutations based on the Graph Convolutional Neural Network (GCN), where the protein graph was initiated according to predicted protein structure from Alphafold2, and the nodes (residues) were represented by protein language embeddings. To circumvent the small data of solubility changes, we further pretrained the model over absolute protein solubility. DeepMutSol was shown to outperform state‐of‐the‐art methods in benchmark tests. In addition, we applied the method to clinically relevant genes from the ClinVar database and the predicted solubility changes were shown able to separate pathogenic mutations. All of the data sets and the source code are available at https://github.com/biomed-AI/DeepMutSol .
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