Macromolecular Potential Energy Decoder Based on Graphical Model

基于图模型的高分子势能解码器

• 批准号: 23650068
• 负责人: SHINOZAKI Takahiro
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology (2012-2013)Chiba University (2011)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23650068/
• 关键词: タンパク質; 立体構造; 因子グラフ; Max-Sumアルゴリズム; MCMC; ポテンシャルエネルギー; max-sum; サンプリング; 3次元構造予測; 高分子; 蛋白質; ab initioモデリング; 3次構造; 三次構造

Knowing tertiary structure is important to understand and predict protein function. However, it is an open question how to predict the tertiary structure of proteins from a sequence of amino acids. In this project, Slice Chain Max-Sum (SCMS) algorithm has been proposed. This method represents the potential function of a protein molecule as a factor graph, which is a kind of a graphical model. The factor graph is converted into a linearly structured one according to a slicing of the molecule in 3D space. Based on the converted graph, max-sum search is performed in combination with node-wise local MCMC sampling that approximates continuous variables by discrete ones. Experimental results show that SCMS is more efficient than conventional MCMC method. It is also shown that improved version of SCMS (i.e. SCMS2.0) outperforms MCMC method that is reinforced by the quasi-Newton method.

了解蛋白质的三级结构对于理解和预测蛋白质的功能非常重要。然而，如何从氨基酸序列中预测蛋白质的三级结构是一个悬而未决的问题。在本项目中，提出了片链最大和(SCMS)算法。该方法将蛋白质分子的势函数表示为因子图，是一种图形模型。根据分子在三维空间中的切片，将因子图转换为线性结构的因子图。基于转换后的图进行最大和搜索，并结合节点局部MCMC采样，将连续变量近似为离散变量。实验结果表明，SCMS比传统的MCMC方法具有更高的效率。结果还表明，改进的SCMS方法(即SCMS2.0)的性能优于用拟牛顿方法加强的MCMC方法。

项目成果

Distance-based Factor Graph Linearization and Sampled Max-sum Algorithm for Efficient 3D Potential Decoding of Macromolecules

• DOI: 10.2197/ipsjtbio.4.34
• 发表时间: 2011-09
• 期刊: Ipsj Transactions on Bioinformatics
• 作者: T. Shinozaki;Toshinao Iwaki;Shiqiao Du;M. Sekijima;S. Furui

SCMS2.0によるタンパク質ポテンシャルエネルギー最小化の諸条件における評価

使用SCMS2.0评估蛋白质势能最小化条件

• 发表时间: 2014
• 作者: 篠崎隆宏;関嶋政和
• 通讯作者: 関嶋政和

Sampled Max-Sum Algorithm For 3D Structure Prediction of Proteins

用于蛋白质 3D 结构预测的采样最大和算法

• 发表时间: 2011
• 作者: 岩木聡直;篠崎隆宏;古井貞煕
• 通讯作者: 古井貞煕

Protein Potential Energy Minimization Using Slice Chain Max-Sum Algorithm

使用切片链最大和算法的蛋白质势能最小化

• 发表时间: 2012
• 作者: Naoto Inose;Takahiro Shinozaki;Shiqiao Du;Sadaoki Furui and Masakazu Sekijima
• 通讯作者: Sadaoki Furui and Masakazu Sekijima

Sampled Max-Sum Algorithm and Application to 3D Structure Prediction of Proteins

采样最大和算法及其在蛋白质 3D 结构预测中的应用

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Nakamura;T.Horiike;T.Kuboyama;H.Sakamoto;岩木 聡直， 篠崎 隆宏， 古井貞熙
• 通讯作者: 岩木 聡直， 篠崎 隆宏， 古井貞熙