Quantified uncertainty of flexible protein-protein docking algorithms
算法的强弱最终取决于其结果的可信度。当问题的域很大时(例如高维空间的遍历),无法获得完美的解决方案,因此必须进行近似。这些近似值通常会导致报告的目标量(QOI)在运行之间变化,从而降低任何单次运行的置信度。当算法基于不确定或噪声数据进一步计算该最终QOI时,最终QOI的可变性(或缺乏置信度)增加。无界,这两个不确定性来源(算法近似和输入数据的不确定性)可能导致报告的统计数据与地面真实值的相关性较低。在生物学应用中,这是特别适用的,因为搜索空间通常至少在某种程度上是近似的(例如,高百分比的蛋白质结构是无效的或能量上不利的),并且从连续空间到离散空间的蛋白质表示的显式转换意味着输入数据中的一些不确定性。本研究将不确定性量化技术应用于困难的蛋白质-蛋白质对接问题,首先显示存在于现有软件中的可变性,然后提供一种以类似Boffoff的边界的形式计算概率证书的方法。最后,本文利用这些概率证书,准确地绑定对接的不确定性,从两个对接算法,提供一个QOI,这是强大的和统计意义。
2019-06-24 q-bio.BM
Graph-convolution neural network-based flexible docking utilizing coarse-grained distance matrix
柔性蛋白质-配体复合物的预测在计算结构生物学和药物设计中仍然是一个具有挑战性的问题。在这里,我们提出了两种新的深度神经网络方法,与标准对接相比,它们在大量不同的蛋白质系统上显著提高了结合模式预测的效率和准确性。第一种图卷积网络用于重新排序姿态,而第二种方法旨在独立于标准对接方法生成和排序姿态。这种新的方法依赖于预测配体原子和蛋白质C_α原子之间的距离矩阵,从而隐含地包含侧链柔性。
2020-08-27 q-bio.BM
PIPER: An FFT-based Protein Docking Program with Pairwise Potentials
快速傅立叶变换(FFT)相关方法用于蛋白质-蛋白质对接可以评估网格上数十亿对接构象的能量,如果能量以相关函数的形式描述。在这里,这种限制被删除,该方法是有效地使用成对的相互作用潜力,大大提高对接结果。其基本思想是用对应于几个主要特征值的特征向量来近似相互作用矩阵,从而得到一个写为几个相关函数之和的能量表达式,并通过重复的FFT计算来解决问题。除了描述该方法是如何实现的,我们提出了一类新的结构为基础的成对分子间的潜力。从蛋白质-蛋白质复合物的结构中提取DARS(Decoys As the Reference State)势,并使用大量对接构象作为诱饵来推导参考状态中的原子对分布。目前版本的DARS潜力很好地适用于酶抑制剂复合物。与新的FFT为基础的程序,DARS提供了更好的对接结果比早期的方法,在许多情况下,产生50%以上的近天然对接构象。尽管对于抗体-抗原对的潜力远不是最佳的,但是结果仍然比早期的FFT方法给出的结果稍好。对接程序PIPER可免费用于非商业应用。
2006-05-11 q-bio.BM
CABS-flex standalone 3: an open command-line platform for protein flexibility simulation, peptide structure modeling, and protein-peptide docking
Faculty of Chemistry, Biological and Chemical Research Centre, University of Warsaw(华沙大学化学学院生物与化学研究中心)
提出CABS-flex standalone 3,一个基于CABS粗粒化模型的开放命令行平台,用于蛋白质柔性模拟、肽结构建模和蛋白质-肽对接,结合全原子重建与分析。
2026-06-24 q-bio.BM
Synthetic Protein-Ligand Complex Generation for Deep Molecular Docking
针对实验蛋白质-配体复合物数据稀缺问题,提出一种程序化生成与验证合成复合物的新工作流程,实验表明合成数据训练的对接模型性能与实验数据相当,但未显著超越传统方法。
2025-09-16 q-bio.BM
Modeling of protein-peptide interactions using the CABS-dock web server for binding site search and flexible docking
蛋白质-肽相互作用在生物体内发挥着重要的功能作用,其结构表征是当前实验和理论研究的热点。蛋白质-肽相互作用结构的计算建模通常分为两个阶段:预测蛋白质受体表面的结合位点,然后将肽结构对接(和建模)到已知的结合位点。本文提出了一个全面的CABS对接方法,同时搜索的结合位点和灵活的蛋白质肽对接,可作为一个用户友好的Web服务器。我们呈现了在默认CABS对接模式下获得的示例CABS对接结果,并使用其高级选项,使用户能够增加所选受体片段的灵活性范围或从对接搜索中排除用户选择的结合模式。此外,我们展示了一种策略,以提高CABS码头的性能,通过评估模型的质量与经典的分子动力学。最后,我们讨论了有前途的扩展和应用的CABS-dock方法,并提供了一个教程附录方便的分析和可视化的CABS-dock结果。CABS-dock Web服务器可在http://biocomp.chem.uw.edu.pl/CABSdock/上免费获得
2015-07-28 q-bio.BM
Unbound Protein-Protein Docking Selections by the DFIRE-based Statistical Pair Potential
基于距离尺度有限理想气体参考(DFIRE)态,提出了一种新的统计对势,并将其应用于蛋白质对接结构的选择。的DFIRE能量函数的性能进行比较,那些完善的ZDOCK能量分数和RosettaDock能量函数使用ZDOCK和RosettaDock产生的综合诱饵集。尽管三个能量分数的函数形式和复杂性存在显著差异,但DFIRE和ZDOCK 2.3之间以及DFIRE和RosettaDock之间在对接结构选择的总体性能上的差异较小。考虑到单项DFIRE能量函数最初是为单体蛋白质设计的,而ZDOCK和RosettaDock的多项能量函数是专门为对接优化的,因此该结果是显著的。这提供了可以改进现有用于对接的能量函数的准确性的希望。
2004-10-14 q-bio.BM q-bio.QM
Rigid Protein-Protein Docking via Equivariant Elliptic-Paraboloid Interface Prediction
Tsinghua University(清华大学);Institute for AI Industry Research (AIR), Tsinghua University(清华大学人工智能产业研究院);Gaoling School of Artificial Intelligence, Renmin University of China(中国人民大学高瓴人工智能学院);Beijing Key Laboratory of Big Data Management and Analysis Methods(北京大数据管理与分析方法重点实验室)
本文提出ElliDock方法,通过预测椭圆抛物面表示蛋白质对接界面并使其重合来获得旋转-平移变换,具有旋转/平移等变性,在推理速度上优于现有方法,尤其在抗体-抗原对接中表现突出。
2024-01-17 cs.LG q-bio.BM
Conformational variability in proteins bound to single-stranded DNA: a new benchmark for new docking perspectives
我们探索蛋白质数据库(PDB)收集蛋白质ssDNA结构,并创建一个多构象对接基准,包括结合和未结合的蛋白质结构。由于ssDNA在未结合时具有高柔性,因此基准中不包括ssDNA未结合结构。对于91个序列同一性组确定为同一蛋白质的结合-未结合结构,我们研究了由ssDNA结合引起的蛋白质构象变化。此外,基于一些组中的几个结合或未结合的蛋白质结构,我们还评估了在结合或未结合条件下的内在构象变异性,并将其与推测的结合诱导的修饰进行比较。为了说明这个基准测试的用例,我们使用ATTRACT对接软件进行了对接实验。据我们所知,这个基准是第一个仔细研究ssDNA-蛋白质相互作用的可用结构到这样的程度,旨在改善专门用于这种分子相互作用的计算对接工具。
2022-10-20 q-bio.BM q-bio.QM
Protein-protein docking using a tensor train black-box optimization method
黑箱优化方法在计算仿真的许多领域中起着重要的作用。特别是,这些方法通常用于生物系统的设计和建模,包括蛋白质及其与各种配体的复合物。这项工作主要集中在蛋白质-蛋白质对接,在现代药物设计工作流程中起着关键作用。我们开发了一个黑箱的方法,这样的对接问题,使用一种新的技术的基础上的张量列车分解的高维相互作用函数。我们的方法在发现的全局最小值方面显示出优势,并且具有在广泛的设备上进一步实现的高潜力,包括图形处理单元和量子处理单元。
2023-02-07 physics.bio-ph q-bio.BM
The Computation of Cyclic Peptide with Prolin-Prolin Bond as Fusion Inhibitor of DENV Envelope Protein through Molecular Docking and Molecular Dynamics Simulation
由登革病毒(DENV)引起的疾病已成为世界性的主要健康问题。目前,由于登革热病毒的致病水平,没有有效的治疗方法可以克服这种疾病。一种新的治疗方法,如抗病毒药物是非常必要的,以应对登革热疾病。囊膜蛋白是登革病毒的一种非结构蛋白,参与病毒的融合过程。融合过程由蛋白质结构从二聚体到三聚体状态的构象变化介导。以往的研究表明,囊膜蛋白的二聚体结构上存在空腔。存在的配体可以进入囊膜蛋白的空腔,稳定二聚体结构或阻碍二聚体向三聚体的转变。以这种方式,可以防止熔化过程。本研究的目的是通过分子对接和分子动力学模拟设计具有脯氨酸-脯氨酸键的环肽作为登革病毒包膜蛋白的融合抑制剂。通过分子对接筛选了3,883个环肽,每个环肽都通过脯氨酸-脯氨酸键连接,得到了5个最佳配体。对这5种配体的药理和毒性进行了计算机模拟分析。结果表明,PYRRP是最佳配体。由于PAWRP与蛋白质空腔具有良好的亲和性,因此也被选为最佳配体。用分子动力学模拟分析了配体-蛋白质复合物的稳定性。结果表明,PYRRP配体能够在310 K和312 K下维持DENV包膜蛋白二聚体结构的稳定性。PAWRP配体在310 K时与DENV囊膜蛋白形成复合物的活性高于312 K。因此,PYRRP配体具有开发为DENV融合抑制剂的潜力。
2015-10-27 q-bio.BM
Group Ligands Docking to Protein Pockets
University of Illinois Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);Tsinghua University(清华大学);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学);Peking University(北京大学);University of Washington(华盛顿大学);Georgia Institute of Technology(佐治亚理工学院);Helixon Research(Helixon研究院)
针对现有分子对接方法孤立处理蛋白质-配体对的局限,提出GroupBind框架,通过引入配体组交互层和三角形注意力模块同时考虑多配体对接,结合扩散模型在PDBBind基准上取得新S性能。
2025-01-25 cs.AI q-bio.BM
Docking study for Protein Nsp-12 of SARS-CoV with Betalains and Alfa-Bisabolol
目前的健康危机考验着现代科学和医学对寻找新的COVID-19疾病治疗方法的反应。在世界舞台上的抗病毒药物,如remdesivir,服从于生物活性分子的持续研究与多种理论,计算和实验工具。COVID:19等疾病提醒我们,对用于治疗目的的活性成分的研究应涵盖所有可用的来源,如植物。在目前的工作中,在计算机工具,特别是对接研究,被用来评估的结合和抑制能力的抗病毒药物,如remdesivir对SARS冠状病毒的NSP-12蛋白,聚合酶是关键的SARS冠状病毒的复制。然后将结果与两种天然产物(α-红没药醇和甜菜色素)与SARS-CoV蛋白的对接分析进行比较,以寻找更多COVID-19病毒复制抑制剂的候选物。除了增加有助于解释SARS-CoV-2病毒具体机制的研究外,请记住,从现在起,我们将不得不无限期地与病毒共存。最后,天然产品如甜菜色素可能具有小数量级的抑制作用,但与其他协同活性成分结合,它们可能会增加对SARS-CoV NSP-12蛋白的抑制作用。
2020-12-28 q-bio.BM
Flexible protein-peptide docking using CABS-dock with knowledge about the binding site
尽管付出了大量努力,蛋白质-肽复合物的结构预测仍然是一个非常具有挑战性的任务,主要是由于两个原因:肽的高灵活性和它们与蛋白质相互作用的瞬时特性。最近,我们开发了一个自动化的网络服务器CABS对接(http://biocomp.chem.uw.edu.pl/CABSdock),它进行灵活的蛋白质-肽对接,而不需要任何关于结合位点的知识。我们的方法允许肽的完全灵活性,而受体的灵活性被限制为考虑到主链和侧链的完全灵活性的接近天然构象。CABS-dock服务器的性能在171个测试用例的基准上进行了彻底的测试,包括绑定和未绑定。对所得结果的评价显示该方法的总体性能良好,特别是未使用结合位点的信息。从不成功的实验中我们了解到,如果只考虑结合位点的少量信息,对接的准确性可能会显著提高。事实上,在现实生活应用中,用户通常可以访问指示结合位点的位置和/或结构的一些数据。在目前的工作中,我们测试和演示的CABS码头服务器的性能与两个新的功能。第一个允许利用关于构成结合位点的受体残基的知识,第二个允许在肽结构上强制所需的二级结构。基于给定的示例,我们观察到与默认CAB对接模式相比对接精度的显著提高。
2016-05-30 q-bio.BM
Calotropin from milk of Calotropis gigantean a potent inhibitor of COVID 19 corona virus infection by Molecular docking studies
SARS-CoV-2(COVID-19)是一种阳性单链RNA病毒,属于冠状病毒家族成员,由于目前缺乏药物,其触角正在全球范围内蔓延。该病与咳嗽、发热和呼吸窘迫有关,在世界范围内造成15%以上的死亡率.由于其在病毒复制中的重要作用,Mpro/3CLpro最近被认为是药物设计的合适靶标。目前的研究主要集中在Calotropin,一种来自Calotropis lactean牛奶的成分,对SARS-CoV-2的Mpro蛋白的抑制活性。迄今为止,尚未开展该化合物对COVID-19蛋白Mpro的计算机模拟分析。本研究利用Patchdock工具进行了分子分子对接研究。蛋白质相互作用工具用于蛋白质相互作用。计算的参数,如对接得分表明Calotropin与Mpro蛋白的有效结合。相互作用结果表明,Mpro/ Calotropin复合物形成了疏水相互作用。因此,Calotropin可能代表了作为COVID-19 Mpro抑制剂的潜在草药治疗。然而,还需要进一步的研究来调查它们的潜在药用价值。
2020-12-11 q-bio.BM
ETDock: A Novel Equivariant Transformer for Protein-Ligand Docking
College of Electronics and Information Engineering, Shenzhen University(深圳大学电子与信息工程学院);Tencent AI Lab(腾讯AI实验室)
ETDock提出了一种等变变换器网络,通过融合配体图层面特征和迭代优化生成优化配体姿态,实现蛋白质-配体结合预测的高性能表现。
2026-01-03 cs.LG q-bio.BM
MOLS 2.0: Software Package for Peptide Modelling and Protein-Ligand Docking
MOLS 2.0的源代码和二进制文件是免费发布的(在GNU Lesser General Public License下)。它们可以在https://sourceforge.net/projects/mols2-0/files/上免费下载。
2016-09-24 physics.bio-ph q-bio.BM
SVSBI: Sequence-based virtual screening of biomolecular interactions
虚拟筛选(VS)是理解生物分子相互作用,特别是药物设计和发现的重要技术。性能最好的VS模型主要依赖于三维(3D)结构,这是一般情况下不可用,但可以从分子对接。然而,目前的对接精度相对较低,导致不可靠的VS模型。我们介绍了基于序列的虚拟筛选(SVS)作为新一代的VS模型建模生物分子相互作用。SVS模型利用先进的自然语言处理(NLP)算法并优化深度$K$嵌入策略来编码生物分子相互作用,而无需调用基于3D结构的对接。我们证明了SVS的四个回归数据集,涉及蛋白质-配体结合,蛋白质-蛋白质,蛋白质-核酸结合,配体抑制蛋白质相互作用和五个分类数据集的蛋白质相互作用在五个生物物种的最先进的性能。SVS有可能极大地改变目前药物发现和蛋白质工程的实践。
2022-12-27 q-bio.BM
DiffDock-PP: Rigid Protein-Protein Docking with Diffusion Models
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Technical University of Munich(慕尼黑工业大学)
本文提出DiffDock-PP,一种用于刚性蛋白质-蛋白质对接的扩散生成模型,通过学习平移和旋转未结合蛋白质结构至结合构象,在DIPS上达到最先进性能且速度优于搜索方法。
2023-04-08 cs.LG q-bio.BM
Molecular docking and binding mode analysis of selected FDA approved drugs against COVID-19 selected key protein targets: An effort towards drug repurposing to identify the combination therapy to combat COVID-19
COVID-19的出现严重损害了抗病毒和抗生素药物的库存。药物发现是一个多步骤的过程,失败率高,成本高,并且将新分子开发成临床候选药物需要大约10-12年。另一方面,药物再利用也被称为旧药物用于新用途,是一种有吸引力的替代方法,用于FDA批准的上市药物或研究药物的新应用。在目前COVID-19引发的疫情下,重新利用现有FDA批准的药物正成为一线治疗方法。这种高度传染性疾病和急性呼吸道综合征冠状病毒(SARS-CoV)的病原体具有高度的核苷酸相似性。因此,许多现有的病毒靶标在结构上预计与SARS-CoV相似,并且可能被相同的化合物抑制。在这里,我们选择了三种病毒关键蛋白,基于它们在病毒生命周期中的重要作用:ACE 2(有助于进入人类宿主),病毒非结构蛋白RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp)NSP 12和NSP 16,有助于复制,以及病毒潜伏期(免疫入侵)。FDA批准的药物氯喹(CQ),羟氯喹(HCQ),瑞德西韦(RDV)和阿比朵尔(ABD)正在成为对抗COVID-19的有希望的药物。我们的对接研究背后的假设是确定这些药物的结合亲和力,并确定在其作用机制中起关键作用的关键氨基酸残基。对接研究通过Autodock和在线COVID-19对接服务器进行。需要对广泛的FDA批准的药物进行进一步研究,包括更多的蛋白质靶点、分子动力学研究、体外和体内生物学评价,以确定靶向病毒生命周期各个阶段的联合…
2020-04-14 q-bio.BM
Do Deep Learning Models Really Outperform Traditional Approaches in Molecular Docking?
DP Technology(深势科技)
分子对接,给定配体分子和蛋白质上的配体结合位点(称为"口袋“),预测蛋白质-配体复合物的结合模式,是药物设计中广泛使用的技术。针对分子对接已经开发了许多深度学习模型,而现有的大多数深度学习模型都是在整个蛋白质上进行对接,而不是像传统的分子对接方法那样在给定的口袋上进行对接,这与常见的需求不符。更重要的是,他们声称比传统的分子对接更好,但比较的方法是不公平的,因为传统的方法不是为对接整个蛋白质没有一个给定的口袋。在本文中,我们设计了一系列实验来检验这些深度学习模型和传统方法的实际性能。为了公平比较,我们将整个蛋白质上的对接分解为两个步骤,口袋搜索和对接给定口袋,并建立管道来分别评估传统方法和深度学习方法。我们发现,深度学习模型实际上擅长口袋搜索,但传统方法在对接给定口袋方面优于深度学习模型。总的来说,我们的工作明确揭示了当前深度学习模型中分子对接的一些潜在问题,并为未来的工作提供了一些建议。
2023-02-23 cs.LG q-bio.BM
MEGADOCK-GUI: a GUI-based complete cross-docking tool for exploring protein-protein interactions
关于蛋白质相互作用(PPI)的信息不仅促进了我们对分子生物学的理解,而且为药物发现中的靶点选择和PPI抑制剂的设计提供了重要线索。用于PPI的计算预测的技术之一是蛋白质-蛋白质对接计算,并且已经开发了各种软件。然而,对于不太熟悉命令行界面的用户来说,迄今为止还没有开发出友好的界面。在这项研究中,我们开发了一个图形用户界面,MEGADOCK-GUI,使用户能够轻松地预测PPI和蛋白质复合物结构。除了原始的3-D分子查看器和输入文件准备功能外,MEGADOCK-GUI是一种可以自动执行$M$与$N$蛋白质完全交叉对接的软件。通过MEGADOCK-GUI,可以轻松地进行与PPI预测相关的各种应用,例如处理蛋白质多种构象的集合对接和筛选与特定蛋白质结合的结合伴侣蛋白。
2021-05-08 cs.DC q-bio.BM q-bio.MN
Combining docking pose rank and structure with deep learning improves protein-ligand binding mode prediction
我们提出了一个简单的,模块化的基于图的卷积神经网络,从蛋白质-配体复合物的结构信息作为输入,生成模型的活动和结合模式的预测。复杂的结构通过标准的对接程序生成,并输入到双图架构中,该架构包括用于配体键合拓扑结构和配体-蛋白质接触图的单独子网络。该网络划分允许将来自配体身份的贡献与蛋白质与配体相互作用对分类的影响区分开。我们表明,与最近的文献一致,数据集的偏见驱动了许多有前途的结果,虚拟筛选,以前已经报道。然而,我们也表明,我们的神经网络是能够从蛋白质结构信息的学习时,在结合模式预测的情况下,一个公正的数据集构建。我们开发了一种用于结合模式预测的深度学习模型,该模型使用对接排名作为输入,并结合对接结构。该策略反映了过去的共识模型,并在各种测试中优于基线对接程序,包括模拟真实对接用例的交叉对接数据集。此外,网络预测的幅度可作为模型置信度的可靠度量
2019-10-07 physics.bio-ph q-bio.BM stat.ML
Harmonic Torsional Diffusion for Protein-Ligand Flexible Docking
AXXX
本文提出Harmony调和扭转扩散框架,通过对齐得分参数化与扩散过程几何,在PDBBind、PoseBusters基准及EBNA1、KRAS G12D案例中提升了蛋白质-配体柔性对接的精度与有效性。
2026-10-20 cs.LG q-bio.BM
In silico ADMET and molecular docking study on searching potential inhibitors from limonoids and triterpenoids for COVID-19
通过分子对接、模拟、计算机模拟ADMET和药物相似性预测对植物化学物质进行虚拟筛选,以鉴定可以抑制SARS-CoV-2作用的潜在命中物。考虑到已发表的关于药用重要性的文献,从柠檬苦素和三萜类化合物中选择了总共154种具有类似结构的植物化学物质来寻找SARS-CoV-2的五个治疗蛋白靶点的潜在抑制剂,即,3CLpro(主要蛋白酶)、PLpro(木瓜蛋白酶样蛋白酶)、SGP-RBD(刺突糖蛋白-受体结合结构域)、RdRp(RNA依赖性RNA聚合酶)和ACE 2(血管紧张素转化酶2)。计算机模拟结果显示,植物化学物质如甘草酸、柠檬苦素、7-去乙酰基-7-苯甲酰基gedunin、山楂酸、科罗索酸、obacunone和熊果酸对SARS-CoV-2的靶蛋白有较好的抗病毒作用。蛋白质与配体相互作用研究表明,这些植物化学物质与靶蛋白活性位点的氨基酸残基结合。因此,这些潜在命中的核心结构可用于进一步的先导优化,以设计针对SARS-CoV-2的药物。此外,含有这些植物化学物质的药用植物,如甘草、印楝、塔尔西、柑橘和橄榄,可用于在传统药物中配制合适的治疗方法。
2020-07-21 q-bio.BM
FlexVDW: A machine learning approach to account for protein flexibility in ligand docking
Stanford University(斯坦福大学)
最广泛使用的配体对接方法假定刚性蛋白质结构。当靶蛋白的结构在配体结合时变形时,这导致问题。特别是,配体的真实结合位姿通常由于配体和蛋白质原子之间的明显冲突而被非常不利地评分,这导致计算的范德华能量项的极高值。传统上,这个问题已经通过明确寻找受体构象来解决,以解释受体在配体结合中的灵活性。在这里,我们提出了一个经过训练的深度学习模型,在预测范德华能量时隐式地考虑受体的灵活性。我们表明,将这种机器学习的能量项纳入最先进的基于物理学的评分函数中,可以在蛋白质变形较大的情况下改善小分子配体姿势预测结果,而不会在蛋白质变形最小的情况下降低性能。这项工作证明了学习蛋白质的灵活性对配体结合的影响的可行性,而无需明确建模蛋白质结构的变化。
2023-03-20 cs.LG q-bio.BM
Energy-based Graph Convolutional Networks for Scoring Protein Docking Models
Texas A&M University(德克萨斯农工大学)
蛋白质相互作用的结构信息,往往在相互作用组规模失踪,是重要的细胞的机制理解和合理的治疗发现。蛋白质对接提供了一个计算替代预测这样的信息。然而,在大量的候选者中将接近原生的停靠模型排名靠前,通常被称为评分问题,仍然是一个关键的挑战。此外,估计模型的质量,也被称为质量评估问题,很少解决蛋白质对接。在这项研究中,蛋白质对接中的两个挑战性问题分别被视为相对和绝对评分,并在一个物理启发的深度学习框架中解决。我们将蛋白质和遇到的复合物的三维结构表示为具有原子分辨率节点和边缘特征的分子内和分子间残基接触图。我们提出了一种新的图卷积核,通过边特征池交互节点的特征,以便可以直接从图数据中学习广义交互能量。训练得到的具有多头注意力的基于能量的图卷积网络(EGCN)来预测相遇复合物的分子内和分子间能量、结合亲和力和质量度量(接口RMSD)。与用于模型排名的最先进的评分函数相比,EGCN显著改善了涉及同源对接的CAPRI测试集的排名;并且与Score_set相当,Score_set是由训练数据未知的各种社区范围的对接协议生成的CAPRI基准集。对于Score_set质量评估,EGCN显示出比我们以前的努力提高了约27%。EGCN直接从图表示中的3D结构数据学习,代表了用于蛋白质对接的图卷积网络的首次成功开发。
2019-12-28 cs.CV cs.LG q-bio.BM
Docking-Aware Attention: Dynamic Protein Representations through Molecular Context Integration
Technion - Israel Institute of Technology(以色列理工学院)
提出 Docking-Aware Attention (DAA) 架构,通过将分子对接信息融入注意力机制生成动态上下文相关的蛋白质表示,在酶促反应预测任务上超越现有方法并具备可解释性。
2025-02-03 cs.LG q-bio.BM
Bayesian active learning for optimization and uncertainty quantification in protein docking
Texas A&M University(得克萨斯农工大学)
动机:从头算蛋白质对接是一个主要的挑战,优化一个嘈杂的和昂贵的“黑盒子”一样的功能在高维空间。尽管在这一领域的进展,有没有对接方法可用于严格的不确定性量化(UQ)的解决方案的质量(如接口RMSD或iRMSD)。结果如下:我们介绍了一种新的算法,贝叶斯主动学习(BAL),优化和UQ这样的黑盒功能和灵活的蛋白质对接。BAL直接模拟全局最优值(或蛋白质对接的天然结构)的后验分布,其中主动采样和后验估计迭代地相互馈送。此外,我们使用复杂的正常模式来表示一个均匀的欧氏构象空间适合高维优化和漏斗状的能量模型的遭遇复合物。在一个蛋白质对接基准集和CAPRI集,包括同源对接,我们建立BAL显着提高对两个起点的刚性对接和粒子群优化的改进,提供了三分之一的目标前3名的近本地预测。BAL还生成紧密的置信区间,半范围约为iRMSD的25%,置信水平为85%。它估计的预测是本地或非本地的概率达到了二元分类AUROC为0.93,AUPRC超过0.60(与偶然的0.14相比);并且还发现有助于对预测进行排名。据我们所知,这项研究代表了第一个蛋白质对接的不确定度量化解决方案,具有理论严谨性和全面评估。源代码可在https://github.com/Shen-Lab/BAL上获得。
2019-01-31 cs.LG math.OC q-bio.BM
GNNAS-Dock: Budget Aware Algorithm Selection with Graph Neural Networks for Molecular Docking
Division of Natural and Applied Sciences(自然与应用科学部);Duke Kunshan University(昆山杜克大学)
本文提出GNNAS-Dock,利用图神经网络预测不同对接算法的RMSD性能并选择计算效率最佳的算法,在PDBBind 2020精炼集上验证,旨在兼顾对接精度与时间成本。
2024-11-19 cs.LG q-bio.BM
DeepRLI: A Multi-objective Framework for Universal Protein--Ligand Interaction Prediction
本文提出 DeepRLI 多目标框架,通过全连接图、余弦包络图 transformer、物理信息模块与对比学习同时优化评分、对接和筛选,实现通用蛋白质-配体相互作用预测。
2024-01-19 q-bio.BM
Searching inhibitors for three important proteins of COVID-19 through molecular docking studies
缺乏应对COVID-19的推荐药物或疫苗是此次大流行的主要问题。针对类似健康问题批准的药物、临床试验中的药物以及药用植物提取物中的分子进行随机调查,以应对COVID-19感染。分子对接是实时搜索治疗有效药物/分子的最佳方法之一,有望应用于COVID-19。在这次交流中,18个配体与SARS-CoV-2的三个治疗靶蛋白进行了分子对接研究,即,RNA依赖性RNA聚合酶(RdRp)、血管紧张素转换酶2(ACE 2)和刺突糖蛋白(SGp)。所获得的结果表明,与药物扑热息痛和羟氯喹相比,植物化学物质显示出更好的dock评分。结合码头评分和药用特性,我们认为可以进一步探索基于萜类化合物的植物化学物质柠檬苦素和东莨菪碱酸B用于对抗COVID-19的潜在用途。
2020-07-29 q-bio.BM q-bio.QM
SyNDock: N Rigid Protein Docking via Learnable Group Synchronization
The University of Hong Kong(香港大学);National University of Singapore(新加坡国立大学);Tencent AI Lab(腾讯人工智能实验室)
SyNDock将多聚体蛋白质对接建模为全局变换学习问题,通过可训练的两步SE(3)群同步算法实现快速精确组装,在准确率和速度上显著超越现有方法。
2023-05-25 cs.CE cs.LG q-bio.BM
Information-Driven Modeling of Biomolecular Complexes
蛋白质通过与核酸、代谢物和其他分子相互作用,在每一个细胞过程中发挥着至关重要的作用。由此产生的组件可能非常大和复杂,并对实验方法提出挑战。在当前的综合建模时代,通常只有通过各种实验技术和计算的组合才能获得这些分子机器的3D模型。在各种可用的计算方法中,当涉及到预测复合物的3D结构时,分子对接通常是选择的方法。当考虑到有关感兴趣的复合体的可用信息时,对接可以生成特别准确的模型。在这里,我们回顾了蛋白质-蛋白质对接的实验和生物信息学数据的使用,描述了最近的软件开发和突出的抗体-抗原复合物和膜蛋白质复合物的建模应用,以及进化和形状信息的使用。
2021-03-12 q-bio.BM
Protein-Ligand Docking Surrogate Models: A SARS-CoV-2 Benchmark for Deep Learning Accelerated Virtual Screening
Argonne National Laboratory(阿贡国家实验室);Brookhaven National Laboratory(布鲁克海文国家实验室)
我们提出了一个基准来研究蛋白质-配体对接的代理模型的准确性。我们共享了一个数据集,该数据集由SARS-CoV-2蛋白质组中15个受体或结合位点上的1300万个“库存”分子的2亿个3D复杂结构和2D结构评分组成。我们的工作表明,在相同的超级计算机节点类型上,代理对接模型的吞吐量比标准对接协议高出六个数量级。我们通过在一天内针对10亿个分子运行每个目标来展示高速代理模型的强大功能(每GPU秒50 k预测)。我们展示了利用代理ML模型作为预过滤器进行对接的工作流程。我们的工作流程在筛选化合物库时比标准技术快十倍,检测潜在最佳评分0.1%化合物的错误率小于0.01%。我们对加速的分析解释说,为了在对接范例下筛选更多的分子,另一个数量级的加速必须来自模型精度而不是计算速度(如果增加,将不再改变我们筛选分子的吞吐量)。我们相信这是社区开始专注于提高替代模型的准确性的有力证据,以提高筛选比当前技术快100倍甚至1000倍的大规模化合物库的能力。
2021-06-30 cs.LG q-bio.BM
Pre-Training on Large-Scale Generated Docking Conformations with HelixDock to Unlock the Potential of Protein-ligand Structure Prediction Models
Baidu Inc.(百度公司);Tsinghua University(清华大学);Toll Biotech Co. Ltd (Beijing)(北京 Toll 生物技术有限公司);National Supercomputing Center in Chengdu(国家成都超级计算中心)
本文提出HelixDock,通过大规模生成对接构象预训练和有限实验数据微调,显著提升蛋白质-配体结构预测精度与迁移性,并验证其在药物发现任务中的实用性。
2024-05-22 cs.CE cs.LG q-bio.BM
Assessing the potential of deep learning for protein-ligand docking
Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室);University of Missouri(密苏里大学)
本文提出PoseBench基准,用于评估深度学习在蛋白质-配体对接及结构预测中的性能,发现DL方法在多配体对接和未知结合口袋场景中存在挑战。
2026-03-20 cs.AI cs.LG q-bio.BM
A Hierarchical Adaptive Diffusion Model for Flexible Protein-Protein Docking
Texas A&M University(德克萨斯农工大学)
针对蛋白质对接中的构象变化难题,提出分层自适应扩散模型,分离刚体与柔性运动并自适应调度,在DB5.5基准上优于现有方法。
2025-09-24 cs.CE q-bio.BM
A Co-Design Approach to Physically-Informed Molecular Docking for Quantum Annealers
Politecnico di Milano(米兰理工大学);Department of Physical and Chemical Sciences, University of L’Aquila(拉奎拉大学物理与化学科学系);Istituto Italiano di Tecnologia(意大利理工学院);E4 Computer Engineering(E4计算机工程公司);CINECA;Dompé farmaceutici S.p.A.(Dompé制药股份公司)
本文提出一种结合物理化学相互作用的量子退火器分子对接方法,通过改进QUBO模型提升对接精度,引入库仑力、范德华力及氢键和疏水相互作用。
2026-10-30 cs.ET q-bio.BM
Improving scoring functions for protein-protein docking with LambdaLoss
Harvard University(哈佛大学);Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学)
提出利用LambdaLoss损失函数微调DFMDock以改进蛋白质-蛋白质对接姿态排序,新模型LambdaDockScore在CAPRI基准上优于EuDockScore,并提升抗体-抗原及大小结合界面复合物的排序性能。
2026-10-02 cs.LG q-bio.BM q-bio.QM
Protein flexibility upon ligand binding: Docking predictions and statistical analysis
侧链柔性是配体结合的重要因素。为了确定侧链柔性参与配体结合的程度,采用了基于知识的方法。由存在或不存在给定配体的蛋白质结构的实例组成的数据库用于分析哪些侧链经历侧链构象变化。这样的分析已经确定高达40%的结合位点不存在侧链构象变化。总共有三个残基发生侧链构象变化,包括约85%的结合位点的研究。当分析不同氨基酸经历侧链构象变化的倾向时,我们发现不同氨基酸之间存在相当大的差异。使用支持向量机器学习方法来创建分类器系统,该分类器系统利用关于溶剂可及面积以及待预测的每个特定侧链及其相邻侧链的柔性尺度值的信息。使用这种方法可以达到70%的准确度。在大多数结合位点中少数残基经历侧链构象变化的事实使得在对接模拟中引入侧链柔性是可行的。已经开发了一种算法,用于引入侧链的灵活性,利用混合遗传算法/穷举搜索过程和基于表面互补性的评分函数。这种方法在软件工具FlexAID中实现。FlexAID利用旋转异构体库为对接模拟期间彻底搜索的残基列表创建替代构象。FlexAID在刚性局部和全局模拟中的性能在局部和全局模拟的70-80%范围内。
2013-01-19 q-bio.BM
Multi-ligand simultaneous docking of Carica papaya leaf phytochemicals, Carpaine and Rutin, reveals multi-mechanism inhibition of cancer proteins BCL-2 and WWP1
Department of Biological Sciences, School of Basic and Applied Sciences, Dayananda Sagar University(戴扬达·萨加尔大学基础与应用科学学院生物学系);School of Engineering, Dayananda Sagar University(戴扬达·萨加尔大学工程学院);Prescience Insilico Private Limited(普雷西恩斯因西里科私人有限公司)
本研究通过分子对接和MLSD等方法,发现番木瓜叶的Carpaine和Rutin可分别通过加性和变构效应抑制BCL-2和WWP1,与硼替佐米联用增强抗癌潜力。
2026-09-09 q-bio.BM
Interactive molecular dynamics in virtual reality for accurate flexible protein-ligand docking
模拟药物结合和解结合是一个挑战,因为分离结合和未结合状态的崎岖的能量景观需要消耗大量计算资源的大量采样。在这里,我们描述了使用交互式分子动力学在虚拟现实(iMD-VR)作为一个准确的低成本的策略灵活的蛋白质配体对接。我们概述了一个实验方案,使专家iMD-VR用户能够引导配体进出胰蛋白酶,神经氨酸酶和HIV-1蛋白酶的结合口袋,并在5 - 10分钟内重新创建各自的晶体蛋白-配体结合姿势。经过短暂的培训阶段,我们的研究表明,iMD-VR新手能够在与iMD-VR专家相似的时间尺度上生成解结合和再结合途径,其中大多数能够在晶体学结合位姿的2.15埃RMSD内恢复结合位姿。这些结果表明,iMD-VR为用户提供了足够的控制来进行将柔性配体对接到动态酶活性位点并恢复晶体学姿势所需的详细原子操作,为模拟药物对接和生成结合假设提供了一种有趣的新方法。
2020-02-04 physics.bio-ph physics.comp-ph q-bio.BM
GPU-Accelerated Drug Discovery with Docking on the Summit Supercomputer: Porting, Optimization, and Application to COVID-19 Research
蛋白质-配体对接是一种计算机模拟工具,用于在药物发现活动中筛选潜在药物化合物与给定蛋白质受体结合的能力。实验药物筛选是昂贵且耗时的,并且期望以高通量方式进行大规模对接计算以缩小实验搜索空间。现有的计算对接工具中很少有在设计时考虑到高性能计算。因此,优化以最大限度地利用领先级计算设施处可用的高性能计算资源,使得这些设施能够用于药物发现。在这里,我们介绍了AutoDock-GPU程序在Summit超级计算机上的移植、优化和验证,以及它在初始化合物筛选工作中的应用,以靶向导致当前COVID-19大流行的SARS-CoV-2病毒蛋白。
2020-07-06 q-bio.BM q-bio.QM
Multi-scale Iterative Refinement towards Robust and Versatile Molecular Docking
University of Science and Technology of China(中国科学技术大学)
本文提出 DeltaDock 框架,通过结合位点预测、GPU 加速采样与多尺度迭代优化,同时支持盲对接和位点特异性对接,在精度、泛化性和物理合理性上均优于基线方法。
2023-11-30 cs.LG q-bio.BM
E3Bind: An End-to-End Equivariant Network for Protein-Ligand Docking
Mila - Québec AI Institute(米拉-魁北克人工智能研究所);Université de Montréal(蒙特利尔大学);HEC Montréal(蒙特利尔高等商学院)
针对盲式柔性蛋白质-配体自对接难题,提出端到端等变网络 E3Bind,通过迭代更新配体姿态并建模几何约束与结合位点局部环境,在标准基准上取得优于传统及深度学习方法的性能。
2023-06-01 cs.LG q-bio.BM
Smiles2Dock: an open large-scale multi-task dataset for ML-based molecular docking
Stanford University(斯坦福大学)
本文提出Smiles2Dock大规模多任务分子对接数据集,通过P2Rank与AutoDock Vina对接170万配体与15个AlphaFold蛋白,生成超2500万结合评分,并引入Transformer基线模型以支持机器学习对接方法的研究与评测。
2024-06-09 cs.LG q-bio.BM stat.AP
Modelling and docking of Indian SARS-CoV-2 spike protein 1 with ACE2: implications for co-morbidity and therapeutic intervention
目前,印度是糖尿病(DM)、高血压(HT)和心血管疾病(CVD)等非传染性疾病负担最重的国家之一,因此是SARS-CoV-2/COVID-19大流行的脆弱目标。血管紧张素转换酶2(ACE 2)参与SARS-CoV-2感染易感性和发病机制是目前积极追求的研究领域。DM、HT和CVD患者对感染的易感性增加以及这些环境中较高水平的循环ACE 2,提出了一种情况,即与可溶性ACE 2的相互作用可能导致播散性病毒-受体复合物,从而增强病毒的获得和发病机制。因此,了解SARS-CoV-2受体结合结构域-ACE 2相互作用,无论是膜结合还是在无细胞背景下,都可能有助于阐明合并症在感染易感性增加和发病机制中的作用。阿奇霉素和羟氯喹(HCQ)都显示出减轻感染个体病毒携带的疗效。此外,这些化合物中的每一种都产生活性代谢物,其反过来也可以调节病毒-受体相互作用,从而影响临床结果。在这项研究中,我们模拟的结构相互作用的S1全长和可溶性ACE 2。此外,治疗药物及其活性代谢产物与可溶性ACE 2蛋白对接。我们的研究结果表明,S1从任何一个报告的印度序列可以结合全长和可溶性ACE 2,虽然有不同的亲和力,可以归因于一个报告的RBD中的取代。此外,阿奇霉素和HCQ与其活性代谢产物一起可在一定程度上变构影响S1与ACE 2的结合。
2020-04-14 q-bio.BM
RapidDock: Unlocking Proteome-scale Molecular Docking
Cardinal Stefan Wyszynski University(斯特凡·维申斯基红衣主教大学);Warsaw University of Technology(华沙理工大学);IDEAS NCBR(IDEAS NCBR机构);IMPAN(波兰科学院生物化学与生物物理研究所);University of Warsaw(华沙大学)
针对现有分子对接工具速度慢、无法实现蛋白质组规模筛选的问题,本研究提出基于Transformer的RapidDock模型,通过三维结构相对距离嵌入等设计,在保证精度的同时实现超百倍提速,可支撑大规模药物筛选研究。
2024-10-16 cs.LG q-bio.BM
PROflow: An iterative refinement model for PROTAC-induced structure prediction
Peking University(北京大学);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);Tsinghua University(清华大学)
针对PROTAC诱导结构预测中晶体结构不足的问题,研究提出新型伪数据生成方案,构建迭代优化模型PROflow,在对接性能与速度上优于现有方法,可支撑大规模筛选且预测结构属性与降解活性显著相关。
2024-04-10 cs.AI cs.LG q-bio.BM
Drug repurposing for SARS-COV-2: A high-throughput molecular docking, molecular dynamics, machine learning, & ab-initio study
一种尺寸为125纳米的分子在全球范围内造成了约4.79亿人感染(美国为8000万人)和610万人死亡(美国为977,000人),并在两年内使全球经济减少了8.5万亿美元。在近代历史上,通过直接使用(分别由(wo)人或自然)“纳米结构”(分别由(wo)人造或自然)的结构-性质关系而造成人类生命损失的唯一其他事件是美国在第二次世界大战期间对日本城市的核弹袭击和1918年流感大流行。这种分子是SARS-CoV-2,它会导致一种称为COVID-19的疾病。大流行病的高负债成本激励了各种私人,政府和学术实体努力寻找这些新兴疾病的治疗方法。因此,发现了多种候选疫苗,以避免首先感染。但到目前为止,还没有成功地找到完全有效的治疗候选人。在本文中,我们试图提供基于复杂的多尺度计算机模拟框架的多种候选疗法。我们已经使用了以下稳健的框架来筛选配体:步骤I:高通量对接,步骤II:分子动力学,步骤III:密度泛函理论分析。我们总共分析了220万个独特的蛋白质结合位点/配体组合。蛋白质是根据最近的实验研究选择的。步骤-I基于分子对接结合能将该数目过滤至10个配体/蛋白,基于药物相似性分析进一步筛选至2个配体/蛋白。此外,这两种配体/蛋白质在步骤II中用基于分子动力学的RMSD分析进行了研究。最后提出了三个配体(ZINC 1176619532、ZINC 517580540、ZINC 952855827)攻击蛋白…
2022-04-07 physics.bio-ph q-bio.BM
GenShin: Guiding Rational Liposome Design by Ranking Liposomal Protein Corona through a Docking-Pose-Free GNN
Key Laboratory of symbolic Computation and Knowledge Engineering of ministry of education(教育部符号计算与知识工程重点实验室);Jilin University(吉林大学);State Key Laboratory of Natural and Biomimetic Drugs(国家自然与仿生药物重点实验室);School of Pharmaceutical Sciences(药学院);Peking University(北京大学)
研究脂质纳米颗粒组织特异性递送中蛋白冠组成预测难题,提出通过对脂质-血浆蛋白对评分排序揭示脂质体表面蛋白相对组成,介绍无对接姿势的图神经网络GenShin及优势。
2026-07-07 cs.AI q-bio.BM
High-performance cloud computing for exhaustive protein-protein docking
公共云计算环境,例如Amazon AWS、Microsoft Azure和Google Cloud Platform,近年来在计算性能方面取得了显著的改进,并且还有望能够执行大规模并行计算。由于云使用户能够随意使用成千上万的CPU核心和GPU加速器,并且各种软件类型可以通过云图像非常容易地使用,因此云开始被用于生物信息学领域。在这项研究中,我们将原始的蛋白质-蛋白质相互作用预测(蛋白质-蛋白质对接)软件MEGADOCK移植到Microsoft Azure中,作为HPC云环境的一个例子。使用4种CPU实例类型和2种GPU实例类型构建了最多1,600个CPU核心和960个GPU的云并行计算环境,并对并行计算性能进行了评估。我们在Azure系统上的MEGADOCK显示,当使用100个实例的H16实例与50个实例相比时,CPU实例的缩放值为0.93,当使用20个实例的NC 24实例与5个实例相比时,GPU实例的缩放值为0.89。此外,使用费和总计算时间的结果支持使用GPU实例减少了MEGADOCK的计算时间和计算所需的云使用费。部署在云上的开发环境具有高度的可移植性,使其适用于需要按需和大规模HPC环境的应用程序。
2020-06-16 cs.DC q-bio.BM q-bio.MN
An Introduction to Biomolecular Simulations and Docking
活细胞内和周围的生物分子--蛋白质、核酸、脂质、碳水化合物--不断地对在生理温度下可热接触的无数构象状态进行采样。同时,给定的生物分子还对由其他生物聚合物、小分子、水、离子等组成的快速波动的局部环境进行采样(并被采样),所述局部环境扩散到几纳米内,导致将大的超分子组装体缝合在一起的分子间接触。事实上,所有的生物系统都可以被看作是分子相互作用的动态网络。作为实验的补充,分子模拟提供了一种独特的强大方法来分析生物分子的结构,机制和动力学;这是可能的,因为定义复杂生物分子系统的分子接触受到表征单个小分子的相同物理原理(力,能量学)的控制,并且这些更简单的系统相对容易理解。随着现代算法和计算能力,模拟现在是一个不可或缺的工具,检查生物分子组件的原子细节,从构象运动在一个单独的蛋白质的扩散动力学和分子间碰撞在形成细胞规模的组件,如核糖体的早期阶段。本文主要从生物分子相互作用的角度介绍了分子模拟和对接的物理化学基础。
2014-07-14 q-bio.BM