编辑 | 萝卜皮肽，可自然介导或调节约 40% 的细胞生理过程，具有开发为靶向「蛋白质-蛋白质」相互作用的药物的应用前景。将肽开发为药物，有两大优势：它们可以穿透细胞膜进入细胞，可以顺利到达治疗的目标位置；另外，它们具有低毒性、高亲和力和高特异性等特点。俄罗斯 Skoltech 大学的研究人员提出了一个高效的神经网络模型，该模型可利用蛋白质结构的数据，预测「蛋白结构的哪些部分」会与「肽分子」相互作用。这有助于开发基于多肽的药物。多肽类药物可以以无毒的方式针对性地影响细胞内的蛋白质-蛋白质相互作用，调节广泛的细胞过程。该研究以「Protein−Peptide Binding Site Detection Using 3D Convolutional Neural Networks」为题，于2021年7月22日发布在《Journal of Chemical Information and Modeling》杂志。
简介
肽和基于肽的分子代表了一种有前景的治疗方式，靶向细胞内「蛋白质 – 蛋白质」相互作用，可能结合生物制剂和小分子药物的有益特性。
「蛋白质 – 肽复合物」在「蛋白质 – 蛋白质」和「蛋白质 – 小分子复合物」方面占据独特的相互作用界面。蛋白质-肽结合位点识别类似于图像对象检测，该领域已被计算机视觉技术彻底改变。研究人员利用 3D 卷积神经网络的强大功能，提出了一种名为 BiteNetPp 的「蛋白质肽结合位点」检测方法。该方法采用基于张量的空间蛋白质结构表示，将其反馈给 3D 卷积神经网络，从而产生输入结构中结合「热点」的概率分数和坐标。该团队使用「域适应技术」来微调在「蛋白质-小分子复合物」上进行「蛋白质-肽」结构训练的模型。BiteNetPp 在独立基准测试中始终优于现有的最先进方法。分析单个蛋白质结构所需时间不到一秒钟，因此 BiteNetPp 适用于蛋白质-肽结合位点的大规模分析。
讨论
为了设计基于肽的药物，药理学家需要知道任何给定蛋白质靶点的所谓结合点。即，蛋白质上可以与肽结合的位点。这类位点发现得越多，药物设计的机会就越多。研究人员可以通过实验识别结合位点，例如，使用 X 射线晶体学，通过研究结晶蛋白质如何衍射 X 射线来揭示结晶蛋白质的 3D 结构。但这对于一长串分子来说是非常昂贵的，而计算方法提供了一种更快、更便宜的替代方案。其中一些利用了机器学习技术，随着关于蛋白质-肽复合物结构的更多数据的积累，这些方法变得更加强大，并提供更好的结合位点预测。
Petr Popov 评论了绑定站点检测作为图像识别的方法，该方法最初在该团队的早期论文中介绍并延续到该研究中：「就像可以训练神经网络识别普通的行人或骑自行车的人一样 在 2D 照片中，我们将结合位点检测视为在图像中发现特定类型的对象。不同之处在于我们使用 3D 原子结构数据作为我们的输入，因此该模型对『像素』进行操作形成『像素的三维模拟』。」新提出的模型实际上建立在前一篇论文中模型的基础上。「这称为域适应。BiteNetPp 是第一个在最初接受蛋白质-小分子数据培训后，便立刻在蛋白质肽数据集上进行微调的模型，」Petr Popov 解释道。「你可以想象这是一个「为了确定骑自行车的人倾向于在街上停留的地方」的训练模型；你要从行人倾向于停在哪里的数据开始——然后才将你的领域扩展到骑自行车的人。该模型预计骑自行车的人的「绑定点」可能与吸引行人的「绑定点」有一些相似之处，比如，冰淇淋摊、红绿灯之类的东西。」结语该模型的创建者通过比较 BiteNetPp 与各类方法，对已知的蛋白质-肽结合位点的预测，证明了 BiteNetPp 始终优于现有的最先进方法。重要的是，新模型分析单个蛋白质结构所需的时间不到一秒钟，非常适合大规模研究。基于肽的药物可能靶向数以千计的「蛋白质-蛋白质」相互作用；因此计算方法必须足够快，以便在药理学背景下进行筛选。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jcim.1c00475
BiteNetPp 获取地址：https://sites.skoltech.ru/imolecule/tools/bitenet/
相关报道：https://phys.org/news/2021-08-neural-network-protein-peptide-sites-kick-start.html
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合肥科生景肽生物科技有限公司成立于2018年，目前已经打造了全球领先的以肽为核心的生命分子发现、合成生产、结构优化、递送平台，主要瞄准肽发现及靶向递送，专注于为各大制药企业、生物技术公司、科研单位提供一站式的定制化研发服务。 公司独有的KPDS™平台(KS-V Peptide Discovery Services Platform)是国际领先的的多肽药物发现平台，我们致力于创新药物的高效和精准开发，以科生景肽专有KPDS技术为核心，提供一站式，定制化的多肽发现服务，以灵活的产品形式和服务模式助力广大客户各类药物发现项目的快速推进和应用探究，包括但并不限于疾病诊断及保健功能产品、多肽药物、核素偶联药物(RDC)、基于小分子的肽药物偶联物（PDC)和多功能肽偶联物等。 中文官网地址：https://www.ks-vpeptide.com.cn/ 英文官网地址：https://www.ks-vpeptide.com
