論文の概要: Joint Design of Protein Sequence and Structure based on Motifs

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.02546v1
• Date: Wed, 4 Oct 2023 03:07:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-05 16:41:58.178400
• Title: Joint Design of Protein Sequence and Structure based on Motifs
• Title（参考訳）: モチーフに基づくタンパク質配列と構造の共同設計
• Authors: Zhenqiao Song, Yunlong Zhao, Yufei Song, Wenxian Shi, Yang Yang, Lei Li
• Abstract要約: タンパク質のバックボーン構造と配列を共同で設計するGeoProを提案する。 GeoProは3次元(3D)バックボーン構造のための同変エンコーダと3次元幾何学でガイドされるタンパク質配列デコーダによって駆動される。 本手法はタンパク質データバンク(PDB)やUniProtに存在しない新規な$beta$-lactamasesおよびミオグロビンを発見する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.731131799546489
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Designing novel proteins with desired functions is crucial in biology and chemistry. However, most existing work focus on protein sequence design, leaving protein sequence and structure co-design underexplored. In this paper, we propose GeoPro, a method to design protein backbone structure and sequence jointly. Our motivation is that protein sequence and its backbone structure constrain each other, and thus joint design of both can not only avoid nonfolding and misfolding but also produce more diverse candidates with desired functions. To this end, GeoPro is powered by an equivariant encoder for three-dimensional (3D) backbone structure and a protein sequence decoder guided by 3D geometry. Experimental results on two biologically significant metalloprotein datasets, including $\beta$-lactamases and myoglobins, show that our proposed GeoPro outperforms several strong baselines on most metrics. Remarkably, our method discovers novel $\beta$-lactamases and myoglobins which are not present in protein data bank (PDB) and UniProt. These proteins exhibit stable folding and active site environments reminiscent of those of natural proteins, demonstrating their excellent potential to be biologically functional.
• Abstract（参考訳）: 望ましい機能を持つ新規タンパク質の設計は、生物学と化学において不可欠である。 しかし、既存の研究はタンパク質配列の設計に重点を置いており、タンパク質配列と構造は未解明のままである。 本稿では,タンパク質骨格構造と配列を協調的に設計する手法であるgeoproを提案する。 我々のモチベーションは、タンパク質配列とその骨格構造が互いに制約しあうことであり、両者の共同設計は、非折り畳みやミスフォールディングを避けるだけでなく、望ましい機能を持つより多様な候補を生み出すことができる。 この目的のために、GeoProは3次元(3D)バックボーン構造のための同変エンコーダと3次元幾何学でガイドされるタンパク質配列デコーダによって駆動される。 生物学的に重要な2つのメタロプロテアーゼデータセット($\beta$-lactamasesやmyoglobins)の実験結果から、提案したGeoProは、ほとんどの指標においていくつかの強力なベースラインを上回ります。 注目すべきは、タンパク質データバンク(PDB)やUniProtに存在しない新規な$\beta$-lactamasesおよびmyoglobinsを発見することである。 これらのタンパク質は安定な折りたたみと活性部位環境を示し、生物学的に機能する優れた可能性を示している。

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