論文の概要: Quadratic unconstrained binary optimization and constraint programming approaches for lattice-based cyclic peptide docking

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.10260v1
• Date: Fri, 13 Dec 2024 16:30:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-16 15:01:31.286314
• Title: Quadratic unconstrained binary optimization and constraint programming approaches for lattice-based cyclic peptide docking
• Title（参考訳）: 格子型環状ペプチドドッキングのための2次非拘束二元最適化と制約プログラミング手法
• Authors: J. Kyle Brubaker, Kyle E. C. Booth, Akihiko Arakawa, Fabian Furrer, Jayeeta Ghosh, Tsutomu Sato, Helmut G. Katzgraber,
• Abstract要約: ペプチド-タンパク質ドッキング問題は、合理的かつ効率的な薬物設計を促進する構造生物学において重要な問題である。 本研究は, ペプチド環化およびペプチド-タンパク質ドッキングに関連する目的と制約を, 四面体格子上の2粒子モデルに組み込むことにより, 最近の取り組みを延長する。 エンド・ツー・エンドのフレームワークを実装し、タンパク質データバンク(PDB)のインスタンス上でのメソッドの評価を可能にします。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The peptide-protein docking problem is an important problem in structural biology that facilitates rational and efficient drug design. In this work, we explore modeling and solving this problem with the quantum-amenable quadratic unconstrained binary optimization (QUBO) formalism. Our work extends recent efforts by incorporating the objectives and constraints associated with peptide cyclization and peptide-protein docking in the two-particle model on a tetrahedral lattice. We propose a ``resource efficient'' QUBO encoding for this problem, and baseline its performance with a novel constraint programming (CP) approach. We implement an end-to-end framework that enables the evaluation of our methods on instances from the Protein Data Bank (PDB). Our results show that the QUBO approach, using a classical simulated annealing solver, is able to find feasible conformations for problems with up to 6 peptide residues and 34 target protein residues, but has trouble scaling beyond this problem size. In contrast, the CP approach can solve problems with up to 13 peptide residues and 34 target protein residues. We conclude that while QUBO can be used to successfully tackle this problem, its scaling limitations and the strong performance of the CP method suggest that it may not be the best choice.
• Abstract（参考訳）: ペプチド-タンパク質ドッキング問題は、合理的かつ効率的な薬物設計を促進する構造生物学において重要な問題である。 本研究では,量子可換2次非制約二元最適化(QUBO)の定式化により,この問題のモデル化と解決について検討する。 本研究は, ペプチド環化およびペプチド-タンパク質ドッキングに関連する目的と制約を, 四面体格子上の2粒子モデルに組み込むことにより, 最近の取り組みを延長する。 本稿では,この問題に対して `resource efficient' な QUBO エンコーディングを提案し,その性能を新しい制約プログラミング (CP) アプローチでベースライン化する。 エンド・ツー・エンドのフレームワークを実装し,タンパク質データバンク(PDB)のインスタンス上でのメソッドの評価を可能にする。 以上の結果から,QUBO法は,最大6ペプチド残基と34タンパク質残基を有する問題に対して,従来型のアニール解法を用いて実現可能な適合性を見出すことができた。 対照的に、CPアプローチは最大13個のペプチド残基と34個の標的タンパク質残基の問題を解決することができる。 この問題を解決するためにQUBOを使用できるが、そのスケーリング制限とCP法の強い性能は、この方法が最善の選択ではないことを示唆している。

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