本文介紹了一種計(jì)算方法，用于設(shè)計(jì)針對(duì)特定蛋白靶點(diǎn)的多肽抑制劑。這種方法結(jié)合了基于門控循環(huán)單元(GRU)的變分自動(dòng)編碼器(VAE)與Rosetta FlexPepDock進(jìn)行多肽序列生成和親和力評(píng)估，然后通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬來(lái)縮小待實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)多肽的選擇范圍。研究聚焦于專門針對(duì)β-catenin和NF-κB基本調(diào)節(jié)器(NEMO)的多肽抑制劑的設(shè)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)β-catenin的十二個(gè)抑制劑中有六個(gè)展現(xiàn)出比父代多肽更好的結(jié)合親和力，最佳C端多肽的IC50值為0.010 ± 0.06 μM，比父代多肽改善了15倍。對(duì)于NEMO，四個(gè)測(cè)試的多肽中有兩個(gè)展示了明顯更優(yōu)的結(jié)合能力。

接下來(lái)通過(guò)對(duì)β-catenin的N端擴(kuò)展，利用Rosetta Design和Rosetta FlexPepDock評(píng)估擴(kuò)展多肽的結(jié)合能量，所得結(jié)果支持了通過(guò)N端或C端擴(kuò)展來(lái)提高多肽9對(duì)β-catenin的親和力的可能性。通過(guò)VAE-MH過(guò)程引入的多肽擴(kuò)展，經(jīng)Rosetta FlexPepDock和MM/GBSA計(jì)算后，部分多肽展現(xiàn)出比父代多肽更優(yōu)的結(jié)合特性。然而，這種改進(jìn)程度適中，例如最優(yōu)N端擴(kuò)展NAL-9的IC50值為0.084μM，大約是父代多肽的兩倍改善。

隨后通過(guò)化學(xué)合成和篩選組合多肽庫(kù)對(duì)β-catenin進(jìn)行測(cè)試，旨在發(fā)現(xiàn)更強(qiáng)的多肽抑制劑。所選的幾種多肽基于在OBOC(一珠一化合物)多肽庫(kù)篩選后的序列進(jìn)行合成和IC50測(cè)定。從這一策略中發(fā)現(xiàn)，盡管VAE-MH導(dǎo)出的多肽展現(xiàn)出適度的親和力提高，但遺憾的是，N-端擴(kuò)展策略未能顯著增強(qiáng)多肽的功效。

最后，文中討論了深度生成模型在設(shè)計(jì)高親和力特異性多肽抑制劑中的成功。
這包括兩個(gè)計(jì)算流水線的介紹：第一個(gè)流水線通過(guò)VAE-MH生成多肽擴(kuò)展并通過(guò)Rosetta FlexPepDock和MM/GBSA進(jìn)行排序和篩選；第二個(gè)流水線采用迭代細(xì)化的VAE-MH模型生成針對(duì)特定蛋白表面的C端或N端擴(kuò)展。這些方法在設(shè)計(jì)具有高親和力的多肽方面展示了顯著的潛力，特別突出了結(jié)合了深度學(xué)習(xí)、生物物理學(xué)基于模擬的Rosetta Docking和分子動(dòng)力學(xué)模擬的計(jì)算流程。

論文提出了一種針對(duì)特定靶點(diǎn)的肽類抑制劑的計(jì)算方法。該方法結(jié)合了基于門控循環(huán)單元的變分自編碼器和Rosetta FlexPepDock用于肽序列生成及結(jié)合親和力評(píng)估，隨后通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬來(lái)縮小實(shí)驗(yàn)檢測(cè)肽類的選擇范圍。研究旨在設(shè)計(jì)特定針對(duì)β-catenin和NF-κB基本調(diào)節(jié)子的肽類抑制劑。

此論文采用的研究方法可以歸類為“實(shí)驗(yàn)研究”，綜合運(yùn)用了深度學(xué)習(xí)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的建模模擬技術(shù)，具體如下：

1. 設(shè)計(jì)研究目標(biāo)：通過(guò)增加肽的氨基酸鏈長(zhǎng)度，來(lái)改善其與β-catenin的結(jié)合能力，并通過(guò)Rosetta FlexPepDock評(píng)估改造后的肽與β-catenin的結(jié)合能量。

2. 使用計(jì)算工具：首先使用變分自編碼器（VAE）配合門控循環(huán)單元（GRU）模型生成N端或C端擴(kuò)展的肽鏈，然后利用Rosetta FlexPepDock對(duì)不同長(zhǎng)度擴(kuò)展的肽進(jìn)行結(jié)合能量分析，以評(píng)估其結(jié)合效率。

3. 細(xì)節(jié)分析與優(yōu)選：深入分析擴(kuò)展肽鏈的長(zhǎng)度對(duì)其結(jié)合性能的影響，并將肽序列根據(jù)Rosetta FlexPepDock的評(píng)分從高到低排名選擇前十種進(jìn)行分子力學(xué)（MM/GBSA）自由能計(jì)算，挑選出結(jié)合能量最佳的肽。

4. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：最終挑選的幾種肽經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證其抑制β-catenin的能力，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步評(píng)估計(jì)算模型的準(zhǔn)確性和有效性。

上述研究涵蓋了從計(jì)算模擬到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的全流程，展現(xiàn)了結(jié)合深度學(xué)習(xí)模型與生物物理實(shí)驗(yàn)手段的現(xiàn)代生物信息學(xué)研究方法。通過(guò)這種方法，研究人員不但能夠高效地篩選出具有潛力的肽類抑制劑，還可以系統(tǒng)地了解和解析肽-蛋白相互作用的微觀機(jī)制，為藥物設(shè)計(jì)和蛋白質(zhì)工程提供了新的視角和工具。

論文總結(jié)：

• 研究方法：提出了一種針對(duì)特定靶標(biāo)（β-catenin和NF-κB essential modulator）設(shè)計(jì)特異性肽的計(jì)算方法，該方法結(jié)合了基于Gated Recurrent Unit的變分自編碼器和Rosetta FlexPepDock用于肽序列生成和結(jié)合親和力評(píng)估，進(jìn)而使用分子動(dòng)力學(xué)模擬來(lái)篩選實(shí)驗(yàn)測(cè)定的肽。

• 主要發(fā)現(xiàn)：

  • 通過(guò)N端和C端擴(kuò)展策略，改善了與β-catenin結(jié)合的肽的效能。
  • 在β-catenin的結(jié)合能力改善中，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)肽CAL-2，其IC50值為0.010 μM，比父序列肽改善了15倍。

• 結(jié)論：該研究成功結(jié)合了深度學(xué)習(xí)和基于結(jié)構(gòu)的建模與模擬，為特定靶標(biāo)肽設(shè)計(jì)提供了新的計(jì)算方法，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了針對(duì)β-catenin具有改善結(jié)合能力的肽。