Machine-learning prediction of the protein plasticity regions related to denaturation and aggregation

与变性和聚集相关的蛋白质可塑性区域的机器学习预测

• 批准号: 22K05431
• 负责人: 日び 隆雄
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Fukui Prefectural University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05431/
• 关键词: 立体構造予測; タンパク質変性; 機械学習; 構造生物学

1）可塑性領域予測モデルの構築予測モデル中の各アミノ酸残基の溶媒アクセス可能表面積（SASA）を求めるアルゴリズムを検討し、Pythonと相性が良いFreeSASA(Simon Mitternacht (2016))を計算に使用し、結晶構造PDBファイルを用いて結晶構造モデルとAlphafold2モデルのSASA差を計算で求められるようにした。現在、各アミノ酸残基のSASAの差と各アミノ酸残基の疎水性、極性との相関を予測する機械学習モデルについて基本設計を行なっている。2）モデルタンパク質の変異体構築と構造解析強化学習のための酵素変異体ライブラリーを作製した。ニワトリ由来のオボアルブミン(OVA)の人工遺伝子を発現プラスミドに組み込み、error-prone PCR法を用いてオボアルブミン遺伝子にランダムに変異を導入し、26変異体遺伝子ライブラリーを構築した。微量精製した酵素について、熱安定性の指標であるTm値　を測定した結果、42.1℃から67.1℃と最大25℃差であった。ただし、一部の変異体についてゲル化しやすく、アフィニティ精製が困難であった。ゲル化は興味深い現象だが、プログラム構築に必要なモデルタンパク質としては、必要数のデータを得るのに多くの時間が必要となる。そこで、OVAは強化学習に用いることとし、初期モデル酵素を好熱性放線菌Thermobifida fusca AHK119由来クチナーゼ(CutA、ポリエステルヒドロラーゼ)に変更した。OVAと同様にして36変異体酵素を作製し、Tm値が52.8℃から65.8℃の変異体からなる酵素ライブラリーを得た。得られた酵素について順次精製および結晶化を開始した。現在、得られた2変異体酵素についてX線結晶構造解析を行なっている。

1) Prediction of plasticity domain: construction of prediction model: calculation of possible surface area (SASA) of solvent for each missing acid residue in the prediction model: calculation of possible surface area (SASA) of solvent for each missing acid residue in the prediction model: calculation of possible surface area (SA At present, the difference of SASA of each acid residue, the correlation of water resistance and polarity of each acid residue are predicted, and the basic design of each acid residue is carried out. 2) Different types of structures and structures for different types of enzymes in reinforcement learning The artificial gene expression system of OVA was constructed by introducing and constructing 26 different gene expression systems using error-prone PCR method. Micro-purification of enzymes, thermal stability of indicators, Tm value measurement results, 42.1℃ to 67.1℃ to 25℃ maximum difference A part of the process is difficult. The number of times necessary for the construction of a complex and interesting phenomenon In the early stages of reinforcement learning, the enzyme Thermobifida fusca AHK119 was transformed into a new strain. 36 different enzymes were produced at temperatures ranging from 52.8℃ to 65.8℃. The process of enzyme purification and crystallization begins. Now, we have 2 different enzymes. X-ray crystal structure analysis.