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    AlphaFold3及其与AlphaFold2相比的改进

    蛋白质结构预测是生物化学中最重要的挑战之一。高精度的蛋白质结构对于药物发现至关重要。蛋白质结构预测始于20世纪50年代,随着计算方法和对蛋白质结构的认识不断增长。最初主要采用基于物理的方法和理论模型。当时的计算能力有限,这些模型往往难以成功地预测大多数蛋白质的结构。蛋白质结构模型的下一个发展阶段是同源建模,出现在20世纪70年代。这些模型依赖于同源序列具有相似结构的原理。通过将目标序列与已知结构的模板序列进行多序列比对,首次成功地确定了以前未解决的序列的结构。然而,这些模型的分辨率仍然有限。20世纪80年代出现了从头开始的方法,带来了下一个分辨率提升。这些方法应用了基于物理的技术和优化算法。结合计算技术的进步,这导致了蛋白质结构预测的显著改进。为了对所有这些新方法进行基准测试,从90年代初开始了蛋白质结构预测技术评估的关键阶段(CASP)系列活动。近年来,机器学习和深度学习技术已经越来越多地集成到蛋白质结构预测方法中,尤其是自2007年以来使用长短期记忆(LSTM)以来。

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    Nat. Methods | 张阳团队开发远超AlphaFold2精度的蛋白互作结构预测算法

    基因是构造生命的基本蓝图,而蛋白质则是生命功能的执行者和生命现象的体现者。细胞中的蛋白质主要是通过与细胞内其它蛋白质的相互作用来实现其绝大部分生物学功能。因此,蛋白质-蛋白质相互作用(简称“蛋白质互作”)在生命功能的实现以及生物的进化过程中都扮演极其重要的角色。例如,抗体和抗原蛋白相互作用可以帮助生命个体识别和抵御外界病原体的入侵;受体和配体蛋白相互作用可以触发细胞信号传导通路;酶蛋白和底物相互作用可以催化新陈代谢的进程等等。它们在生物功能上的这种特殊的重要性,也使得蛋白质互作成为许多现代药物设计的关键靶点。

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    Nat. Commun.| CopulaNet:直接从多序列联配中学习残基间距离以“从头预测”蛋白质结构

    蛋白质是具有重要功能的生物大分子,其功能主要由蛋白质的三级结构决定。蛋白质结构可通过核磁共振、X射线晶体学和低温电镜等实验技术测定,然而这些实验技术有其局限性,无法跟上蛋白质序列测定的增长速度。近几年,利用深度学习技术,蛋白质结构预测取得了重大进展,能够得到较为准确的三级结构。今天为大家介绍的这篇文章,是中科院计算所卜东波老师实验室发布的关于蛋白质结构“从头预测”算法的最新研究成果(原文见https://www.nature.com/articles/s41467-021-22869-8)。以CopulaNet为核心,卜东波老师实验室开发了新版的蛋白质结构预测软件ProFOLD,预测软件源代码见http://protein.ict.ac.cn/ProFOLD,预测服务器见http://protein.ict.ac.cn/FALCON2/,欢迎大家使用ProFOLD预测蛋白质结构。

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    NeurIPS 2024|AlphaFold结合流匹配生成蛋白质系综

    今天为大家介绍的是来自Tommi Jaakkola团队的一篇论文。蛋白质的生物学功能通常依赖于动态结构系综。在这项工作中,作者开发了一种基于流的生成模型方法,用于学习和采样蛋白质的构象景观。作者将AlphaFold和ESMFold等高精度的单态预测器重新利用,并在自定义流匹配(Flow Matching)框架下对其进行微调,以获得序列条件的蛋白质结构生成模型,称为AlphaFLOW和ESMFLOW。在PDB上训练和评估时,该方法在精度和多样性上比AlphaFold的MSA子采样方法有显著优势。在对全原子MD的集合进行进一步训练后,该方法能够准确捕捉未见蛋白质的构象灵活性、位置分布和更高阶的系综观测值。此外,该方法可以通过更快的时间收敛于某些平衡特性,将静态PDB结构多样化,展示了其作为昂贵物理模拟代理的潜力。

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