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Enregistrement W1971927224 · doi:10.1101/001495

A coarse-grained elastic network atom contact model and its use in the simulation of protein dynamics and the prediction of the effect of mutations

2013· preprint· en· W1971927224 sur OpenAlexafffund
Vincent Frappier, Rafaël Najmanovich

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2013
Typepreprint
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueProtein Structure and Dynamics
Établissements canadiensUniversité de Sherbrooke
Organismes subventionnairesCanadian Institutes of Health ResearchUniversité de Sherbrooke
Mots-clésMolecular dynamicsDynamics (music)Atom (system on chip)Statistical physicsPhysicsComputer scienceQuantum mechanicsEmbedded system

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Normal mode analysis (NMA) methods are widely used to study dynamic aspects of protein structures. Two critical components of NMA methods are coarse-graining in the level of simplification used to represent protein structures and the choice of potential energy functional form. There is a trade-off between speed and accuracy in different choices. In one extreme one finds accurate but slow molecular-dynamics based methods with all-atom representations and detailed atom potentials. On the other extreme, fast elastic network model (ENM) methods with C α -only representations and simplified potentials that based on geometry alone, thus oblivious to protein sequence. Here we present ENCoM, an Elastic Network Contact Model that employs a potential energy function that includes a pairwise atom-type non-bonded interaction term and thus makes it possible to consider the effect of the specific nature of amino-acids on dynamics within the context of NMA. ENCoM is as fast as existing ENM methods and outperforms such methods in the generation of conformational ensembles. Here we introduce a new application for NMA methods with the use of ENCoM in the prediction of the effect of mutations on protein stability. While existing methods are based on machine learning or enthalpic considerations, the use of ENCoM, based on vibrational normal modes, is based on entropic considerations. This represents a novel area of application for NMA methods and a novel approach for the prediction of the effect of mutations. We compare ENCoM to a large number of methods in terms of accuracy and self-consistency. We show that the accuracy of ENCoM is comparable to that of the best existing methods. We show that existing methods are biased towards the prediction of destabilizing mutations and that ENCoM is less biased at predicting stabilizing mutations. Author Summary Normal mode analysis (NMA) methods can be used to explore the ensemble of potential movements around an equilibrium conformation by mean of calculating the eigenvectors and eigenvalues associated to different normal modes. Each normal mode represents one particular set of global collective, correlated and complex, form of motion of all atoms in the system. Any conformation around equilibrium can be represented as a linear combination of amplitudes associated to each normal mode. Differences in the magnitudes of the set of eigenvalues between two structures can be used to calculate differences in entropy. Coarse-grained NMA methods utilize a simplified potential and representation of the protein structure and thus decrease the computational time necessary to calculate eigenvectors and their respective eigenvalues. Here we present ENCoM the first coarse-grained NMA method to consider side-chain atomic interactions and thus able to calculate the effect of mutations on eigenvectors and eigenvalues. Such differences in turn are related to entropic differences and can thus be used to predict the effect of mutations on protein stability. ENCoM performs better than existing NMA methods with respect to different traditional applications of NMA methods (such as conformational sampling) or comparably for the prediction or crystallographic b-factors. ENCoM is the first NMA method that can be used to predict the effect of mutations on protein stability. Comparing ENCoM to a large set of dedicated methods for the prediction of the effect of mutations on protein stability shows that ENCoM performs better than existing methods considering a combination of prediction ability (particularly on stabilizing mutations) and bias (how does the prediction of a forward or back mutations differ). ENCoM is the first entropy-based method developed to predict the effect of mutations on protein stability.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,025

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,006
Tête enseignante GPT0,204
Écart entre enseignants0,197 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations6
Publié2013
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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