The role of packaging sites in efficient and specific virus assembly
在许多单链RNA病毒（包括许多人类病原体）的生命周期中，一种称为衣壳的蛋白质外壳自发地组装在病毒基因组周围。了解衣壳蛋白在不同宿主RNA中选择性地围绕病毒RNA组装的机制是病毒学中的一个关键问题。在一种提出的机制中，基因组RNA内的序列元件（包装位点）通过与衣壳蛋白的特异性相互作用促进快速有效的组装。在这项工作中，我们开发了一个粗粒度的粒子为基础的计算模型的衣壳蛋白和RNA，代表蛋白质-RNA相互作用所产生的非特异性静电和特定的包装网站的相互作用。使用布朗动力学模拟，我们探讨了组装的效率和特异性如何取决于溶液条件（控制蛋白质-蛋白质和非特异性蛋白质-RNA相互作用）以及包装位点的强度和数量。我们确定不同的区域在参数空间中，包装网站导致高度特异性的组装通过不同的机制，和其他包装网站导致动力学陷阱。我们将这些计算预测与特异性的体外测定相关，其中同源病毒RNA与非同源RNA竞争衣壳蛋白组装。
2015-02-17 cond-mat.soft q-bio.BM
The Physics of Protein Self-Assembly
了解蛋白质自组装对于许多生物和工业过程都很重要。蛋白质可以自组装成晶体、细丝、凝胶和其他无定形聚集体。最终形式包括病毒衣壳和与疾病相关的凝聚相，如淀粉样纤维。虽然看起来不同，但这些组装都源于基本的蛋白质相互作用，并由类似的热力学和动力学因素驱动。在这里，我们回顾了最近的进展，了解蛋白质自组装通过软凝聚物质的角度，重点是三个特定的系统：球状蛋白，病毒和淀粉样纤维。最后，我们讨论了该领域尚未回答的问题。
2016-02-02 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Monodisperse self-assembly in a model with protein-like interactions
我们研究的自组装行为与“蛋白质样”的相互作用，可以被认为是一个极小模型组装的病毒衣壳和其他壳状蛋白质复合物的补丁颗粒。我们深入探讨的热力学和动力学的自组装作为模型的参数的函数，并找到所有考虑的目标结构的强大的组装。最佳组装发生在参数空间的区域中，其中自由能势垒调节成核速率，从而防止可能导致形成不完整壳的单体供应的过早耗尽。相互作用也需要足够具体，以防止畸形壳的组装，但同时保持动力学可达性。为我们的模型计算的自由能景观有一个漏斗状的地形引导系统形成的目标结构，并显示粒子间相互作用的扭转分量防止无序聚集体的形成，否则将作为动力学陷阱。
2009-07-28 cond-mat.soft q-bio.BM
Stochastic kinetics of viral capsid assembly based on detailed protein structures
我们提出了一个通用的计算框架，用于模拟病毒衣壳组装，这是定量和特异性的。从包含原子坐标的PDB文件开始，该算法基于图的刚性建立了蛋白质寡聚体的粗粒度描述。这些减少蛋白质的描述中使用的一个扩展的Gillespie算法调查的组装过程的随机动力学。从扩散Smoluchowski方程快速凝固，修改，以考虑水屏蔽和蛋白质结构的关联率。解离速率是通过将低聚物的分裂解释为类似于从多维井中逃逸的图形分区过程而得出的。这个模块化的框架是定量的，但计算上容易处理，有少量的物理参数。该方法说明使用两种不同的病毒被证明是遵循定量不同的组装途径。我们还展示了如何在这个模型中的准稳态动力学的组装可以被描述为一个马尔可夫级联过程中，只有少数中间体和一小部分的途径。所观察到的途径和中间体可以与衣壳寡聚物的结构和能量特性后验相关。
2006-10-28 q-bio.BM q-bio.QM
Pathways for virus assembly around nucleic acids
了解病毒衣壳蛋白围绕其基因组组装的途径可以确定作为潜在药物靶点的关键中间体。在这项工作中，我们使用计算机模拟来表征组装在广泛的衣壳蛋白质相互作用强度和溶液离子强度。我们发现，组装途径可以分为两类，其中中间体是主要有序或无序。我们的研究结果表明，估计蛋白质-蛋白质和蛋白质-基因组结合亲和力可能足以预测哪种途径发生。此外，计算出的相图表明，知识的主导组装途径及其与控制参数的关系，可以确定最佳的策略，以阻止或重定向组装，以阻止感染。最后，模拟轨迹的分析表明，这两类组装途径可以区分在单分子荧光相关光谱或批量时间分辨小角度X射线散射实验。
2014-05-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Recent advances in coarse-grained modeling of virus assembly
在许多病毒家族中，成千上万的蛋白质在包装基因组核酸的同时自发地组装成衣壳（蛋白质壳）。本文综述了这些动力学过程的计算建模的最新进展。我们提出了一个概述，最近的技术和算法的发展，这是使模拟来描述大范围的长度和时间尺度相关的组装，条件下更紧密地匹配实验比早期的工作。然后，我们描述了两个例子，其中计算建模最近提供了一个重要的补充实验。
2016-07-06 q-bio.BM
Computational and Experimental Characterization of NF023, A Candidate Anticancer Compound Inhibiting cIAP2/TRAF2 Assembly
蛋白质相互作用是许多重要生理过程的基础，并且是目前有希望的，但困难的药物发现的靶点。在这种情况下，凋亡抑制蛋白（IAP）介导的相互作用对癌细胞存活至关重要; cIAP 2的BIR 1结构域与TRAF 2的相互作用显示导致cIAP募集至TNF受体，促进NF-κB存活途径的激活。在这项工作中，使用组合的计算机体外方法，我们鉴定了一种药物样分子NF 023，能够破坏cIAP 2与TRAF 2的相互作用。我们在体外证明了其干扰cIAP 2-BIR 1/TRAF 2复合物组装的能力，并通过300 ns的248个平行无偏分子动力学模拟（总计近75 μs的全原子采样）对化合物的作用模式进行了全面表征，通过聚类和系综对接鉴定了cIAP 2的BIR 1结构域的多种结合模式。因此，NF 023是一种有前途的蛋白质相互作用破坏剂，代表了开发癌症中NF-κ B介导的细胞存活调节剂的起点。这项研究代表了一个模型程序，显示了使用大规模的分子动力学方法来代表混杂的相互作用。
2021-03-19 q-bio.BM
Physical principles of building protein megacomplexes in a crowded milieu
University of Washington（华盛顿大学）；University of Kansas Medical Center（堪萨斯大学医学中心）；Geminus.ai, Inc（Geminus.ai公司）；Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）
研究通过统计物理框架揭示了在拥挤环境中蛋白质超大复合物组装的物理机制，发现发散蛋白质通过排除体积作用协调组装，为理解细胞结构提供了新视角。
2026-02-22 q-bio.BM
Protein-DNA computation by stochastic assembly cascade
RecA在单链DNA上的组装被测量和解释为一个随机有限状态机，它能够区分序列之间的细微差异，这是一个基本的计算操作。RecA细丝通过随机成核和解体事件的级联有效地扫描DNA序列，这在机制上类似于微管的动态不稳定性。这种迭代级联是一个多阶段的动态校对过程，放大了微小的差异，甚至是一个碱基的变化。我们的测量表明，这种随机图灵类机器可以计算某些积分变换。
2010-08-04 physics.bio-ph q-bio.BM
Studying protein assembly with reversible Brownian dynamics of patchy particles
蛋白质复合物如病毒壳、中心粒、核孔复合物或肌动蛋白细胞骨架的组装强烈地由它们的空间结构决定。此外，越来越清楚的是，蛋白质组装的可逆性也是其生物学功能的基本要素。在这里，我们介绍了一种计算方法的各向异性组装和完全可逆反应的补丁粒子的布朗动力学。不同的粒子随机缔合和解离的微观反应速率取决于它们的相对空间位置。所有蛋白质复合物的平移和旋转扩散特性进行了评价。因为我们专注于可逆组装，我们引入了一个计划，确保详细的平衡补丁粒子。然后，我们展示了宏观速率如何遵循微观速率。作为一个有指导意义的例子，我们研究了组装的五聚体环结构，我们发现模拟结果和宏观动力学描述之间的协议，没有任何可调参数。这表明我们的方法正确地解释了蛋白质组装中涉及的扩散和反应过程。
2014-05-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Universal relations in the self-assembly of proteins and RNA
植根于物理学的概念在生物学中变得越来越重要，因为我们过渡到一个需要从分子到细胞水平的所有过程的定量描述的时代。在这篇文章中，我讨论了两个意想不到的发现，普遍的行为，在生物学中不常见，在蛋白质和RNA的自组装。这些令人惊讶的发现揭示了物理学思想应用于从折叠到基因表达到细胞运动和细胞间通讯的生物学问题可能会导致发现在可适应的生命系统中运作的普遍原则。
2014-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Self-assembly of protein amyloid: a competition between amorphous and ordered aggregation
蛋白质以淀粉样纤维的形式聚集具有重要的生物学和技术意义。虽然自组装过程是非常有效的，聚集体不是在纤维状的形式也会发生，它是重要的，包括这些无序的物种时，讨论系统的热力学平衡行为。在这里，我们开始这样一个任务，通过考虑的混合物的单体蛋白质和相应的聚集体的无序形式（胶束）和纤维状的形式（淀粉样蛋白原纤维）。从这些物种各自的结合自由能的模型，我们计算它们的浓度在热平衡。然后，我们讨论如何纳入无序结构进一步了解经验观察到的各种淀粉样蛋白促进因子，和原纤化的动力学。
2009-08-12 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Asymptotics of Stochastic Protein Assembly Models
蛋白质的自组装是一种生物学现象，其引起淀粉样蛋白原纤维或聚合物的自发形成。这一阶段的起始点，称为成核，在重复的实验中表现出重要的可变性。为了分析这种现象的随机性，最简单的模型之一考虑两种化学成分：单体和聚合单体。最初只有单体。单体的聚合有两种反应：两种单体碰撞结合成两种聚合的单体，或者单体在聚合的单体相遇后聚合。事实证明，这个简单的模型并不能完全解释实验中观察到的变异性。本文探讨扩展这个模型，以考虑到其他机制的聚合过程中，可能会产生影响的影响波动。第一种变体包括在引入一个初步的构象步骤，以考虑到生物学的事实，即在被聚合之前，一个单体有两个国家，定期或错误折叠。只有错误折叠的单体可以被聚合，使得错误折叠的单体的数目的波动也可以是聚合的单体的数目的可变性的来源。第二个变量表示聚合物自发形成的反应速率$α$，其数量级为$N^{-ν}$，其中$ν$为某个正常数。从这些极限定理导出了成核起始时刻的一阶和二阶结果。结果的证明依赖于一个模型的随机平均原理的研究，相关的Escherifest瓮模型，也对人口模型的标度分析。
2016-03-21 q-bio.BM
Kinetics of viral self-assembly: the role of ss RNA antenna
有一大类病毒是由大量相同的衣壳蛋白和ss RNA自组装而成的，衣壳蛋白具有长而灵活的N-末端尾巴。我们研究了强库仑相互作用的积极的N-末端尾巴与SS RNA在体外病毒自组装的动力学的作用。衣壳蛋白粘附在未组装的ss RNA链上（我们称之为“天线”），并在其上滑向组装位点。我们发现，在过量的衣壳蛋白，这样的一维扩散加速自组装超过十倍。另一方面，当ss RNA过量时，天线减慢了自组装。提出了几个实验来验证ss RNA天线的作用。
2007-02-02 cond-mat.soft q-bio.BM
Decorated Protein Networks: Functional Nanomaterials with Tunable Domain Size
具有设计师特性和功能的天然和人工蛋白质的实现为通过自组装形成的功能性纳米结构提供了无与伦比的机会。然而，为了利用所提供的机会，我们需要能够控制蛋白质组装成所需的结构，同时避免变性，从而保留蛋白质的功能。在这里，我们解决这个挑战与荧光蛋白的模型系统。利用自组装操纵技术的灵感来自软物质，其中组件之间的相互作用被控制，以产生所需的结构，我们表明，它是可能的组装网络的蛋白质的一个物种，我们可以装饰与另一个，其覆盖范围，我们可以调整。因此，每个组件的域之间的界面也可以调整，例如在能量传递中的应用。我们的荧光蛋白eGFP和mCherry模型系统在整个组装过程中保留了它们的荧光，从而证明功能性得到了保留。
2019-11-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Deep transfer learning in the assessment of the quality of protein models
动机：蛋白质折叠成对其生物功能至关重要的复杂结构。蛋白质结构的实验测定是昂贵的，因此仅限于所有已知蛋白质的一小部分。因此，对于绝大多数蛋白质的建模来说，不同的计算结构预测方法是必要的。在大多数结构预测管道中，最后一步是选择最佳可用模型并估计其精度。在过去的十年中，这个模型质量估计问题的重要性越来越大，并且认为这一进展对于蛋白质的大规模建模是重要的。当前一代模型质量估计程序在分离不正确和良好模型方面表现良好，但无法始终如一地识别最佳模型。现有技术的模型质量评估方法使用描述模型的特征和模型与从蛋白质序列预测的特征的一致性的组合。研究结果：我们首先引入了一个深度神经网络架构，使用比最先进的方法少得多的输入特征来预测模型质量。此后，我们提出了一种方法来训练深度网络，利用问题的比较结构。我们还展示了在已知蛋白质结构的数据库上应用迁移学习的可能性。我们证明了它的可行性达到国家的最先进的性能，只使用一组减少的输入功能和粗糙的模型描述。可用性：代码将在github.com/ElofssonLab/ProQ4免费下载。
2018-04-17 q-bio.BM
Biophysical Modeling of SARS-CoV-2 Assembly: Genome Condensation and Budding
由严重急性呼吸道综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）引起的COVID-19大流行促使全球开展前所未有的协同研究，以遏制和根除这种病原体。SARS-CoV-2有四种结构蛋白：包膜（E）、膜（M）、核衣壳（N）和刺突（S），它们通过从细胞内脂质膜出芽而与其RNA一起自组装成感染性病毒。在本文中，我们开发了一个模型来探索RNA缩合的机制，通过结构蛋白，蛋白质寡聚化和细胞膜-蛋白质相互作用，控制出芽过程和最终的病毒结构。利用分子动力学模拟，我们已经破译了带正电荷的N蛋白如何相互作用并浓缩非常长的基因组RNA，从而导致其包装由宿主细胞内的结构蛋白修饰的脂质包膜。此外，考虑到RNA的长度和病毒的大小，我们发现，M蛋白的内在曲率是必不可少的病毒出芽。虽然目前大多数研究都集中在S蛋白，这是负责病毒的进入，它已被需要开发有效的疫苗的动机，通过在这个关键的蛋白质突变的耐药性的发展，使它有必要阐明病毒的生命周期的细节，以确定其他药物的目标，为未来的治疗。我们的模拟将通过重新组装病毒颗粒来深入了解病毒的生命周期，并可能为未来的药物开发确定治疗靶点。
2022-09-23 physics.bio-ph q-bio.BM
Scenarios for protein aggregation: Molecular Dynamics simulations and Bioinformatic Analysis
理解原纤维形成的组装动力学的需要已经变得迫切，因为认识到淀粉样蛋白生成肽的可溶性寡聚体可能比最终产物（即淀粉样蛋白原纤维）更具神经毒性。为了充分理解原纤维形成的途径，必须表征组装途径中的主要物质。低聚物（二聚体，三聚体等）的能量学和动力学的表征是很难单独使用实验，因为它们经历了大的构象波动。在这种情况下，精心策划的分子动力学模拟研究，计算使用粗粒度的模型，和生物信息学分析已经提供了相当多的见解的早期事件的路线原纤维形成。在这里，我们描述了沿着这个方向的进展，使用的例子主要来自我们自己的工作。在这一章中，我们集中在蛋白质聚集的方面使用A β肽和朊病毒蛋白作为例子。
2006-08-29 q-bio.BM
Assessment of hydrophobicity scales for protein stability and folding using energy and RMSD criteria
从头预测蛋白质折叠是一个开放的科学挑战。许多折叠模型和力场已经开发，但都面临着困难收敛到本地构象。疏水性尺度（HS）在这种模拟中起着至关重要的作用，因为它们定义了蛋白质残基之间的能量相互作用，从而确定了能量上有利的构象。虽然多年来已经使用各种方法开发了许多HS，但令人惊讶的是，量表在将疏水性指数分配给各种残基时显示出非常弱的一致性。在这项工作中，几个HS系统地评估通过原子蒙特卡罗模拟折叠的小蛋白质，通过将感兴趣的HS到残基-残基接触能矩阵。通过应用线性变换来调整不能很好地保留蛋白质的天然结构的HS。随后，折叠模拟用于检查HS从随机初始构象正确折叠蛋白质的能力。对折叠过程中蛋白质的均方根偏差（RMSD）和能量进行采样，并用于定义ER分数，作为具有50%最低能量构象的二维能量-RMSD（ER）直方图与具有50%最低RMSD构象的ER直方图之间的相关性。因此，我们能够比较不同HS定量预测从头蛋白质折叠的能力。
2017-12-03 q-bio.BM
Statistical Mechanics of Integral Membrane Protein Assembly
在膜整合蛋白（IMP）的合成过程中，多肽序列中的疏水氨基酸大部分被分配到膜内部，亲水氨基酸大部分被分配到水外部。我们分析的最低自由能状态的多肽序列划分成α-螺旋跨膜（TM）段和热波动的作用，使用多体统计力学模型。结果表明，IMP TM片段划分与蛋白质折叠的一般理论具有重要的特征。对于随机多肽序列，在室温下的最小自由能状态的特征在于具有非常长的弛豫时间的TM片段的数目的波动。简单的组装场景不会产生唯一数量的TM段，并且干扰现象会干扰段的放置。对于对应于IMP的序列，具有野生型片段数的最小自由能结构由于能谱中的异常间隙而没有数量波动，并且简单的组装方案产生这种结构。存在随机点突变的阈值数目，超过该阈值数目，该缺口的大小减小，使得野生型基态不稳定并且数目波动再次出现。
2009-08-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Deep convolutional networks for quality assessment of protein folds
从蛋白质序列计算预测蛋白质结构通常依赖于评估蛋白质模型质量的方法。大多数评估方法使用大量工程结构特征对候选模型进行排名，这些结构特征被定义为原子坐标的复杂函数。然而，很少有方法试图直接从数据中学习这些特征。我们证明，深度卷积网络可以仅根据其原始三维原子密度来预测模型结构的排名，而无需任何特征调整。我们开发了一个深度神经网络，其性能与文献中最先进的算法不相上下。该网络在CASP7到CASP10数据集的诱饵上进行训练，并在CASP11数据集上测试其性能。在CASP11阶段2数据集上，它实现了0.064的损失，而性能最好的方法实现了0.063的损失。对CASP12、CAMEO和3DRobot数据集的诱饵进行的额外测试证实，该网络在各种蛋白质结构中表现一致。虽然该网络学习全局评估结构性诱饵，并且不依赖于任何预定义的特征，但可以对其进行分析，以表明它隐含地识别偏离原生结构的区域。
2018-01-18 q-bio.BM
Understanding Protein-Complex Assembly through Grand Canonical Maximum Entropy Modeling
在细胞内，异型蛋白质在不均匀的拥挤系统中组装，这些蛋白质的丰度随细胞类型而变化。虽然一些蛋白质复合物形成了可以用成像可视化的推定结构，但还有更多的蛋白质复合物由于它们彼此之间的动态关联而尚未解决。然而，可以通过物理模型推断这些蛋白质复合物。然而，物理学家通常不清楚什么样的生物学数据对于这样的建模工作是必要的。在这里，我们的目标是模拟这些集群的粗粒度的蛋白质组装从多个亚基通过限制的亚基之间的相互作用和每个亚基的化学势。我们从已知的蛋白质结构中得到了亚基间相互作用的约束条件。我们推断的化学势，决定每个蛋白质亚基的粒子数分布，从实验数据的蛋白质丰度的知识。在最大熵原理的指导下，我们制定了一个逆统计力学方法来推断粒子数的分布，从蛋白质丰度的数据作为巨正则多组分混合物的化学势。利用巨正则蒙特卡罗模拟，我们捕获了一个蛋白质复合物的琥珀酸脱氢酶（SDH）与四个已知的亚基的高阶集群的分布。分层聚类的复杂性随着不同细胞类型（如肺、心脏和脑）中每个亚基的相对蛋白质丰度而变化。当拥挤的内容增加，我们观察到，拥挤稳定紧急集群不存在于稀释条件。因此，我们提出了一个可验证的假设，即蛋白质簇在分子尺度上的层次复杂性是预测细胞表型的合理生物标志物。
2021-09-07 q-bio.BM q-bio.MN
Modulating Hierarchical Self-Assembly In Thermoresponsive Intrinsically Disordered Proteins Through High-Temperature Incubation Time
本文发现高温孵育时间是调控类 resilin 固有无序蛋白分级自组装的关键参数，延长孵育可形成序列依赖的微米棒状、椭球状及纳米层状有序结构，为无序蛋白自组装控制提供了新方法。
2023-11-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Selection of Arginine-Rich Anti-Gold Antibodies Engineered for Plasmonic Colloid Self-Assembly
抗体是在分析和治疗生物学中具有广泛应用的亲和蛋白。可以通过噬菌体展示选择从大的和多样的文库中分离显示对所选分子靶标的特异性识别的蛋白质，并在体外鉴定其编码序列。在这项工作中，我们表明，这种标准的生物化学技术迅速产生一个主要技术重要性的无机目标：晶体金属金表面的抗体蛋白结合剂的集合。21种不同的抗金抗体蛋白从抗体的大随机文库中出现并测序。所有的蛋白质序列的系统统计分析揭示了一个强大的精氨酸发生在抗金抗体，这证实了最近的分子动力学预测的关键作用，精氨酸在蛋白质/金的相互作用。一旦使用组氨酸标签化学与小的金纳米颗粒连接，所选择的抗体就可以驱动胶体在单晶金血小板表面上的自组装，作为复杂等离子体结构的可编程蛋白质驱动构建的第一步。基于绿色并矢方法的电动力学模拟表明，这里展示的抗体驱动的组件可以被利用来显着修改金血小板的等离子体模态特性。我们的工作表明，分子生物学工具可用于设计完全折叠的蛋白质和无机表面之间的相互作用，在自下而上的等离子体杂化纳米材料的构建中具有潜在的应用。
2014-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph q-bio.BM
Soft disorder modulates the assembly path of protein complexes
蛋白质的相互作用，灵活性和无序之间的关系已经从许多角度进行了探讨：折叠绑定后，灵活性的核心相对于外围，熵的变化等。在这项工作中，我们提供了统计证据参与复杂的组装高度流动和无序的区域。我们将PDB中的整套X射线晶体学结构排序为涉及相同或非常相似的蛋白质链的渐进相互作用的层次结构，产生了40205个复合物层次结构，其中伴侣数量不断增加。然后，我们检查他们作为代理的组装途径。使用这个数据库，我们表明，低聚后，新的接口往往被观察到的残基，其特征在于软无序（灵活，无定形或缺失的残基）在复合物之前，他们在层次结构。我们还排除了这种相关性只是一个表面效应的可能性，通过限制表面上的残留物的分析。有趣的是，我们发现，软无序残基的位置在序列中的变化，作为合作伙伴的数量增加。我们的研究结果表明，有一个一般的机制，蛋白质组装，涉及软无序和调制蛋白质复合物的组装方式。这项工作突出了从序列中预测大蛋白质复合物结构的困难，并强调了将疾病预测因子与下一代复杂结构预测因子联系起来的重要性。最后，我们调查的AF 2的置信度pLDDT的结构预测在未绑定与绑定结构，和软无序之间的关系。我们显示了很强的相关性AF2低置信度的残留物和工会的软障碍的层次结构中观察到的所有地区。这为使用pLDDT度量作为预测装配路径的代理铺平了道路。
2022-10-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft q-bio.BM
Assembly Models for Papovaviridae based on Tiling Theory
病毒的一个重要组成部分是它的蛋白质外壳，称为病毒衣壳，它包裹并因此为病毒基因组提供保护。组装模型是为病毒衣壳开发的，该病毒衣壳由蛋白质构建块构建，该蛋白质构建块可以在衣壳中呈现不同的局部键合结构。这种情况发生在乳多空病毒科的病毒中，这种病毒与癌症有关，因此卫生部门特别感兴趣。更具体地，该家族中的（假）T=7颗粒的病毒衣壳由表现出两种不同类型的键合结构的五聚体组成。虽然这种情况不能用卡斯帕-克鲁格理论（Caspar-Klug Theory，1962）来描述，但可以通过平铺理论（Twarock，2004）来建模。后者用于编码组合结构中构件的局部结合环境，称为组装树，其是沿着Zlotnick的平衡方法推导乳多空病毒科组装模型的基本成分（Zlotnick 1994）。相空间形式主义的特点是在组装途径和中间体的变化所引发的关联能量特征之间的键在衣壳中的积木的变化。此外，组装途径和浓度的统计上占主导地位的组装中间体被确定。以猿猴病毒40为例进行了详细的讨论。
2005-08-22 q-bio.BM
Inherent variability in the kinetics of autocatalytic protein self-assembly
在小体积中，丝状蛋白质自组装的动力学预计将显示出显著的可变性，这是由内在分子噪声引起的。这在现有的确定性模型中没有考虑到。我们引入了一个简单的随机模型，包括成核和自催化生长通过伸长和断裂，这使我们能够预测的影响，分子噪声的自催化自组装的动力学。我们推导出滞后时间分布的解析表达式，这与牛胰岛素原纤化的实验结果吻合得很好。我们的表达式分解的滞后时间的变化，从初级成核和自催化生长的贡献，并揭示了如何与关键的动力学参数，这些规模。我们的分析表明，显着的滞后时间的变化，可以从初级成核和自催化生长，并应提供一种方法来提取小体积实验的早期聚集的机械信息。
2014-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Encapsulation of a polymer by an icosahedral virus
许多病毒的外壳蛋白自发地在核酸或其他聚合物周围形成二十面体衣壳。阐明包装的聚合物在衣壳形成中的作用可以促进生物医学工作，以阻止病毒复制，并使衣壳能够用于纳米材料应用。为此，我们执行布朗动力学的粗粒度模型，描述了二十面体衣壳组装周围的柔性聚合物的动力学。我们确定了几种机制，聚合物在其封装中发挥积极作用，包括合作的聚合物-蛋白质运动。这些机制与实验可控参数有关，如聚合物长度、蛋白质浓度和溶液条件。此外，模拟表明，组装机制与封装效率相关，我们提出了一个相图，预测组装结果作为实验参数的函数。我们预计，我们的模拟结果将提供一个框架，设计在体外组装实验的单链RNA病毒衣壳。
2010-09-20 q-bio.BM
Mechanisms of virus assembly
病毒是纳米级的实体，含有包裹在称为衣壳的蛋白质外壳中的核酸基因组，并且在某些情况下被脂质双层膜包围。本文综述了衣壳在宿主细胞内和体外组装的物理过程。我们描述的热力学和动力学组装成二十面体衣壳壳的蛋白质亚基，以及这些是如何修改的情况下，衣壳组装周围的核酸或脂质双层。我们目前的实验和理论技术，已被用来表征衣壳组装，我们强调病毒组装的方面可能会在不久的将来得到显着的关注。
2014-07-15 cond-mat.soft q-bio.BM
Globular bundles and entangled network of proteins (CorA) by a coarse-grained Monte Carlo simulation
使用一个粗粒度的模型，自组织组装的蛋白质（如CorA和它的内段iCorA）进行了研究，通过检查数量，如接触剖面，回转半径，和结构因子作为蛋白质浓度的函数在一个范围内的低（天然相）到高（变性相）的温度。目视检查显示不同的结构，即在稀释至拥挤的蛋白质浓度下，在多个长度尺度上孤立的球状束至缠结网络。在天然相中，蛋白质的回转半径随蛋白质浓度变化不大，而其内段的回转半径则系统地增大。相反，蛋白质的回转半径显示出巨大的增长与浓度由于缠结，而内段几乎保持不变，在变性相。集体组装的多尺度形态通过从结构因子的缩放估计蛋白质的有效尺寸D来量化：来自内部节段的集体组装保持球形（D约3）而蛋白质链在整个温度范围内由于缠结的存在，除了在低温拥挤环境中，蛋白质链在几乎所有的长度尺度上都呈现稀疏分布的形态，D约为2其中D约为2.6。由于在其天然相中的选择性相互作用，仅具有内部片段的链的更高的形态响应可能比蛋白质链的其余片段更有利于自组织机制。
2019-04-09 physics.bio-ph q-bio.BM
Is Retrieval All You Need? Assessment and Emergence of Novelty in Protein Structure Generation
Tongji University（同济大学）；Shanghai Innovation Institute（上海创新研究院）；McGill University（麦吉尔大学）；Mila - Québec AI Institute（米拉-魁北克人工智能研究所）；Macao Polytechnic University（澳门理工学院）；Peking University（北京大学）；Shanghai Artificial Intelligence Laboratory（上海人工智能实验室）
该研究针对蛋白质结构生成模型的新颖性评估问题，引入DRR指标，分析8种模型的输出，提出零训练基线RetFold，成本远低于现有模型。
2026-08-12 q-bio.BM
A theory for viral capsid assembly around electrostatic cores
我们开发的平衡和动力学理论，描述了组装的病毒衣壳蛋白在一个带电的中央核心，在最近的实验中，雀麦花叶病毒（BMV）衣壳组装周围的纳米粒子功能化与nanoparticles。我们使用非线性Poisson Boltzmann方程，将衣壳蛋白和纳米颗粒表面之间的相互作用建模为具有相反电荷的刷的相互作用。该模型预测，存在功能化电荷的阈值密度，高于该阈值密度，衣壳有效地组装在纳米颗粒周围，并且光散射强度在早期迅速增加，而没有空衣壳组装的滞后期特征。这些预测是一致的，并使初步的实验数据的解释。然而，该模型预测的纳米粒子掺入效率对功能化电荷密度的依赖性比实验中测得的更强，并且不能完全捕获实验光散射中看到的对数生长期。这些差异可能表明实验系统中存在亚稳态无序态。除了讨论未来的纳米粒子衣壳系统的实验，我们讨论了更广泛的影响，了解周围的带电核心，如核酸组装。
2009-05-06 q-bio.BM
Competition between monomeric and dimeric crystals in schematic models for globular proteins
实验技术和理论模型的进步提高了我们对蛋白质结晶的理解。但他们也留下了关于蛋白质相行为和自组装动力学的开放性问题，例如为什么（几乎）相同的结晶条件有时会导致形成不同的晶体形式。在这里，我们开发了一个补丁粒子模型与竞争集的补丁，提供了一个微观解释这种现象。我们确定不同的制度，其中一个或两个晶体形式可以共存的低密度流体。使用分析近似，我们将我们的研究结果扩展到不同的晶相，提供了一个通用的框架，用于处理蛋白质结晶时，多晶型竞争。我们的研究结果还表明，不同的实验路线针对特定的晶体形式，并减少两种形式之间的动态竞争，从而促进蛋白质晶体组装。
2014-03-17 cond-mat.soft q-bio.BM
LAFA: A Framework for Reproducible Longitudinal Assessment of Protein Function Annotation Models
Iowa State University（爱荷华州立大学）；University of Missouri（密苏里大学）；Microsoft Corporation（微软公司）；Northeastern University（东北大学）
提出LAFA服务器，作为蛋白质功能预测方法的持续基准测试系统，通过容器化方法实现动态、可重复的评估，加速方法迭代并支持可重复性。
2026-06-12 q-bio.BM q-bio.QM
Assessment of scoring functions for computational models of protein-protein interfaces
Yale University（耶鲁大学）
本文评估了七种蛋白质-蛋白质界面评分函数的准确性，通过比较其评分与X射线晶体结构的结构相似性（DockQ分数）的 Spearman 相关系数，发现部分目标存在强相关性，而多数目标相关性较弱，并提出一种基于三个物理特征的新评分函数。
2026-01-07 q-bio.BM
Evaluation of Protein Structural Models Using Random Forests
University of Missouri（密苏里大学）；University of Michigan（密歇根大学）
蛋白质结构预测是近几十年来结构生物学中的一个重大挑战性问题。蛋白质质量评价在蛋白质结构预测中起着非常重要的作用。本文提出了一种新的蛋白质质量评价方法，该方法可以同时预测蛋白质三维结构模型的局部质量和全局质量。我们的方法使用多模型和单模型质量评估方法进行全局质量评估，并使用化学，物理，地理特征和全局质量得分进行局部质量评估。CASP9目标用于生成用于局部质量评估的特征。我们评估了我们的本地质量评估方法在CASP10上的性能，该方法基于真实距离和预测距离之间的平均绝对距离，可与两种最先进的QA方法相媲美。在CASP11上进行盲测，结果表明，单模型和多模型相结合的质量评估方法可以提高模型质量评估的准确性，随机森林技术可以用于训练局部质量评估模型。
2016-02-13 cs.LG q-bio.BM q-bio.QM
TopoQA: a topological deep learning-based approach for protein complex structure interface quality assessment
本文提出TopoQA，将持续同调拓扑特征融入图神经网络，用于蛋白质复合物界面质量评估，在多个数据集上优于AF2Rank和AF3等现有方法，并显著降低排序损失。
2024-10-23 q-bio.BM
Self-assembly of polyhedral shells: A molecular dynamics study
使用简化模型研究球形病毒中蛋白质壳形成的自组装动力学。这些多面体，超分子结构的自发自组装，其中二十面体对称性是一个显着的特点，是一种现象，其动力学仍然未被探索;通过计算机模拟研究的增长过程提供了访问的机制组装。为了捕获自组装的更普遍的方面，即组件形状影响结构和组装途径的方式，在这项探索性研究中，低分辨率近似用于表示基本蛋白质构建块。涉及不可逆和可逆组装的替代方法进行了讨论，这两个计划的基础上的模型进行了介绍，并描述所产生的行为的例子。
2004-07-18 cond-mat.soft q-bio.BM q-bio.SC
Minimum Data Requirements and Supplemental Angle Constraints for Protein Structure Prediction with REDCRAFT
预测蛋白质结构的一种算法是基于残余偶极耦合的残余组装和过滤工具（REDCRAFT）。该算法利用所有可能结构的搜索空间的指数减少来找到最适合一组实验残余偶极耦合的结构。然而，使用REDCRAFT成功确定蛋白质结构所需的最小数据量以前尚未研究过。在这里，我们探索减少用于折叠蛋白质的数据量的影响。我们的目标是减少实验数据收集时间，同时保持以前通过大量数据实现的准确性水平。我们还研究了将先验二级结构信息纳入REDCRAFT以提高其结构预测能力。
2019-11-06 q-bio.BM
SGNet: Folding Symmetrical Protein Complex with Deep Learning
Beijing Academy of Artificial Intelligence（北京人工智能研究院）
针对对称同源寡聚体蛋白质复合物结构预测中长序列计算难、标签监督有歧义的问题，提出SGNet折叠框架，通过单亚基特征提取加对称性模块生成完整结构，支持所有全局对称类型，经基准测试验证有效。
2024-03-07 cs.CL q-bio.BM
A comparison of the innate flexibilities of six chains in F$_1$-ATPase with identical secondary and tertiary folds; 3 active enzymes and 3 structural proteins
构成F1-ATP酶六聚体组装体的$α$和$β$亚基具有高度的结构同一性，但初级同一性较低。每个亚基结合类似口袋中的核苷酸，但只有$β$亚基具有催化活性。为什么？为什么？我们重新检查它们的内部对称轴，并观察到有趣的差异。将每条链分为N-末端头区、C-末端足区和中央躯干，我们观察到（1）虽然所有链中的足区和头区获得高且相似的移动性，但躯干获得不同的移动性分布，与$α$亚基相比，$β$亚基表现出更高的移动性，这一趋势得到晶体学B因子的支持。$β$亚单元通过具有更少的分布的非局部堆积相互作用而具有更大的躯干活动性，从而提供宽敞和柔软的连接性，并且用局部刚性元件（包括附加的$β$片材）抵消所得的柔软性。(2)在$β$亚基的核苷酸结合结构域附近的环（在$α$亚基中不存在）摆动以在核苷酸结合区的封闭中产生大的变化。(3)最软的三个本征模的组合显著降低了$β$亚单元的开放和闭合构象之间的RMSD。(4)计算和观察到的晶体学B因子的比较表明在$α$亚基中抑制了特定的对称轴。(5)出乎意料的是，软单体内振荡属于扭曲，不创建组装中的单体间的空间冲突，这表明组装的结构优化演变在所有复杂程度。
2016-11-05 q-bio.BM
EGR: Equivariant Graph Refinement and Assessment of 3D Protein Complex Structures
University of Missouri（密苏里大学）
蛋白质复合物是对所有生物体的功能和健康至关重要的大分子。作为蛋白质复合物的结构，特别是其多个蛋白质亚基之间的相互作用区域（即，链），对复合物的生物学功能具有显着影响，可以快速有效地用于改进和评估蛋白质复合物的3D结构质量的计算方法可以直接用于药物发现管道中，以加速新疗法的开发并提高未来疫苗的功效。在这项工作中，我们介绍了等变图细化（EGR），一种新的E（3）-等变图神经网络（GNN）的多任务结构细化和评估的蛋白质复合物。我们在新的，不同的蛋白质复合物数据集上的实验，我们在这项工作中公开了所有这些数据集，证明了EGR用于原子细化和蛋白质复合物评估的最新有效性，并概述了该领域未来工作的方向。在这样做的过程中，我们建立了一个基线，为未来的研究在大分子的细化和结构分析。
2022-05-24 cs.AI cs.LG q-bio.BM
Electrostatic theory of viral self-assembly: a toy model
病毒从相同的衣壳蛋白和它们的基因组自组装，所述基因组由例如长单链（ss）RNA组成。对于一大类T = 3病毒，衣壳蛋白具有长的正N-末端尾。我们探讨了正N-末端尾巴扎根在衣壳的内表面和负SS RNA分子的刷之间的库仑相互作用所发挥的作用。我们发现，当SS RNA的总轮廓长度接近尾部的总长度时，病毒是最稳定的。对于这种结构，总RNA电荷的绝对值大约是衣壳电荷的两倍。这一结论与结构数据一致。
2007-02-02 cond-mat.soft q-bio.BM
ProQ3D: Improved model quality assessments using Deep Learning
蛋白质质量评估是生物信息学中一个长期存在的问题。十多年来，我们通过仔细选择和优化机器学习方法的输入，开发了最先进的预测器。相关性从ProQ中的0.60增加到ProQ2中的0.81和ProQ3中的0.85，主要是通过添加大量精心调整的蛋白质描述。在这里，我们表明，使用与ProQ2或ProQ3完全相同的输入，但用深度神经网络代替支持向量机，可以获得实质性的改进。这将Pearson相关性提高到0.90（使用ProQ2输入特征为0.85）。可用性：ProQ3D可作为Web服务器和独立程序在http://proq3.bioinfo.se/上免费获得
2016-10-18 q-bio.BM
Structure-based prediction of protein-folding transition paths
我们提出了一个描述蛋白质折叠过渡路径分布的一般理论。我们表明，过渡路径遵循一个可预测的序列的高自由能的瞬态分离的自由能障碍。每个瞬态对应于一个或多个离散的合作单元的组装，这些单元直接从原生结构确定。我们表明，折叠路径上的过渡状态时，达到一个小数目的临界接触之间形成一组特定的子结构，折叠后进行自由能下坡。这种方法提出了一个自然的分辨率区分平行折叠途径，并提供了一个简单的方法来预测在折叠反应的限速步骤。我们的理论确定了不同的天然结构的蛋白质的共同折叠机制，并建立了具有特定相互作用的聚合物自组装的一般原则。
2016-07-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
DProQ: A Gated-Graph Transformer for Protein Complex Structure Assessment
University of Missouri（密苏里大学）
蛋白质相互作用形成复合物以执行基本的生物功能。计算方法已经发展到预测蛋白质复合物的结构。然而，在蛋白质复合物结构预测中的一个重要挑战是在没有相应的天然结构的任何知识的情况下估计预测的蛋白质复合物结构的质量。然后，这种估计可以用于选择高质量的预测复杂结构，以促进生物医学研究，如蛋白质功能分析和药物发现。我们用DProQ挑战这一重要任务，DProQ引入了门控邻域调制图Transformer（GGT），旨在预测3D蛋白质复合物结构的质量。值得注意的是，我们将节点和边缘门在一个新的图形Transformer框架控制信息流在图形消息传递。我们训练和评估DProQ上四个新开发的数据集，我们公开在这项工作中。我们严格的实验表明，DProQ在对蛋白质复合物结构进行排名方面达到了最先进的性能。
2022-05-21 cs.AI cs.LG q-bio.BM
The effect of RNA stiffness on the self-assembly of virus particles
在许多体外条件下，一些小病毒自发地将单链（ss）RNA包裹到称为衣壳的蛋白质外壳中。虽然病毒RNA被发现是紧凑的和高度分支的，因为核苷酸之间的长距离碱基配对，最近的实验表明，在没有二级或更高级结构的ssRNA和病毒RNA之间的头对头竞争中，衣壳蛋白优先封装线性聚合物！本文研究了基因组刚性对RNA与衣壳蛋白复合物的解离自由能的影响。我们发现，由于碱基配对，有效链刚度的增加可能是在某些条件下线性链在支链上具有优势的原因，当涉及到双糖苷化效率。虽然分支使基因组更紧凑，但RNA碱基配对增加了RNA分子的有效库恩长度，这可能导致RNA限制的自由能增加，即RNA限制所需的功，从而降低包装效率。
2018-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Characteristic noise features in light transmission across membrane protein undergoing photocycle
我们展示了一种基于噪声测量的技术，该技术可用于研究蛋白质组装中的动力学过程。光刺激下细菌视紫红质（bR）等膜蛋白系统的动力学直接可视化是一项极具挑战性的工作。bR代表一个模型系统，其中刺激触发的结构动力学和生物功能直接相关。我们的方法利用泵浦-探测近场显微镜方法在传输模式，并涉及分析从一个有限大小的分子组装的透射率波动。概率密度分布表明有限的大小和统计相关性的影响出现作为一个特征频率分布的噪声光谱的bR，其起源可以追溯到光循环动力学。有价值的洞察到的分子过程中获得的噪音研究的bR和其突变体D96 N作为外部参数的函数，如温度，湿度或存在的一个额外的泵源。
2011-01-27 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
DNA looping in gene regulation: from the assembly of macromolecular complexes to the control of transcriptional noise
由结合在远端DNA位点的蛋白质和蛋白质复合物形成的DNA环在许多细胞过程中起中心作用，例如转录、重组和复制。在这里，我们回顾了基本的热力学概念的大分子复合物的组装成环的DNA和这个过程中的基因调控的性能的影响。除了传统观点认为DNA成环是一种增加调控分子对其同源位点亲和力的机制之外，最近的发展表明DNA成环还可以导致细胞间变异性的抑制、转录噪音的控制以及按需激活合作相互作用。
2005-02-28 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
DCI: An Accurate Quality Assessment Criteria for Protein Complex Structure Models
本文提出基于距离图和接触界面图的DCI分数，用于无限制地精确评估蛋白质复合物结构模型，在CAPRI分类精度上不逊于DockQ且能更好处理非对接情况，并在CASP数据集上验证有效。
2024-06-30 math.OC q-bio.BM
Uncertainty Quantified Computational Analysis of the Energetics of Virus Capsid Assembly
病毒衣壳的组装途径预测/分析中的大多数现有研究做出了简化的假设，即中间状态的构型可以直接从整个衣壳的最终构型中提取。这种解释没有考虑到组成蛋白的构象变化以及在整个组装过程中持续直到稳定化的结合界面的微小变化。本文提出了一种基于几何系综的方法，该方法为每个单体的构型空间和单体之间的相对局部取向提供了足够的样本，以捕获它们的结合和构象中的不确定性。此外，我们不使用较大的壳体（三聚体、五聚体）作为结构单元，而是允许所有可能的子组装体以所有可能的组合结合。我们用两种不同的方式表示这个组装图。首先，我们使用Wilcoxon符号秩测度来比较在采样构象上计算的结合自由能的分布，以预测可能的途径。第二，我们代表的化学平衡方面的过渡作为贝叶斯因子图，其中协会和解离的浓度和结合自由能的基础上建模。从这两个实验的结果表明显着偏离那些一个将获得如果只考虑蛋白质的静态配置。因此，我们建立了一个不确定性感知的途径分析协议的重要性，并提供了一个统计框架，作为重要的第一步组装途径预测具有高统计置信度。
2016-10-03 q-bio.BM q-bio.QM
A coarse-grained Langevin molecular dynamics approach to de novo protein structure prediction
蛋白质结构的从头预测，即从氨基酸序列中预测与迄今已解析的结构不相似的结构，一直是分子生物物理学的主要挑战之一。本文提出了一种新的从头预测方法，它结合了片段组装方法和物理折叠过程的模拟：通过构象变化的Langevin分子动力学动态搜索具有一致组装片段的结构。基准测试表明，当候选结构通过经验得出的评分函数进行交叉检查时，预测得到改善。
2008-02-21 cond-mat.soft q-bio.BM
Free energy, rates, and mechanism of transmembrane dimerization in lipid bilayers from dynamically unbiased molecular dynamics simulations
本文提出一种仅依赖短时动态无偏轨迹片段、无需集体变量或偏置力的新算法，可在同一组模拟中同时获得跨膜二聚化的自由能曲线、速率和机制，并在 Martini 力场下验证了其有效性。
2024-08-02 cond-mat.soft physics.chem-ph q-bio.BM
Varieties of charge distributions in coat proteins of ssRNA+ viruses
正二十面体单链RNA（ssRNA+）病毒的组装和稳定性中涉及的相互作用的主要部分本质上是静电的，这可以从其组装相图的强$pH$和盐依赖性中推断出来。静电相互作用不仅在衣壳外壳蛋白（CP）之间起作用，而且经常对CP与基因组RNA的相互作用提供显著贡献，在很大程度上由CP的带正电荷的柔性N-末端尾部介导。在这项工作中，我们提供了两个明确和互补的定义的N-末端尾巴的蛋白质，并使用它们来提取大量的CP的ssRNA+病毒的尾部序列。我们研究了$pH$依赖的相互作用的尾部和CP的电荷一样，并表明-在CP上的电荷相反-N-尾部的净正电荷持续甚至非常基本的$pH$值。此外，我们注意到，当与不带电荷的尾部和相似衣壳大小的病毒相比时，利用带正电荷的尾部的那些病毒的野生型基因组的长度是有限的。与此同时，我们观察到N尾上的电荷与我们研究中所包括的病毒的基因组长度之间没有明确的联系。
2017-11-29 physics.bio-ph q-bio.BM
