Rotamer-free protein sequence design based on deep learning and self-consistency

计算机科学 蛋白质设计 序列(生物学) 人工智能 一致性(知识库) 蛋白质结构 化学 生物化学
作者
Yufeng Liu,Lu Zhang,Weilun Wang,Min Zhu,Chenchen Wang,Fudong Li,Jiahai Zhang,Houqiang Li,Quan Chen,Haiyan Liu
出处
期刊:Nature Computational Science [Nature Portfolio]
卷期号:2 (7): 451-462 被引量:49
标识
DOI:10.1038/s43588-022-00273-6
摘要

Several previously proposed deep learning methods to design amino acid sequences that autonomously fold into a given protein backbone yielded promising results in computational tests but did not outperform conventional energy function-based methods in wet experiments. Here we present the ABACUS-R method, which uses an encoder–decoder network trained using a multitask learning strategy to predict the sidechain type of a central residue from its three-dimensional local environment, which includes, besides other features, the types but not the conformations of the surrounding sidechains. This eliminates the need to reconstruct and optimize sidechain structures, and drastically simplifies the sequence design process. Thus iteratively applying the encoder–decoder to different central residues is able to produce self-consistent overall sequences for a target backbone. Results of wet experiments, including five structures solved by X-ray crystallography, show that ABACUS-R outperforms state-of-the-art energy function-based methods in success rate and design precision. A deep learning method for protein sequence design on given backbones, ABACUS-R, is proposed in this study. ABACUS-R shows an improved performance when compared with conventional energy function-based methods in wet experiments.
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