Combining Structural Modeling with Ensemble Machine Learning to Accurately Predict Protein Fold Stability and Binding Affinity Effects upon Mutation
Notice bibliographique
Résumé
Advances in sequencing have led to a rapid accumulation of mutations, some of which are associated with diseases. However, to draw mechanistic conclusions, a biochemical understanding of these mutations is necessary. For coding mutations, accurate prediction of significant changes in either the stability of proteins or their affinity to their binding partners is required. Traditional methods have used semi-empirical force fields, while newer methods employ machine learning of sequence and structural features. Here, we show how combining both of these approaches leads to a marked boost in accuracy. We introduce ELASPIC, a novel ensemble machine learning approach that is able to predict stability effects upon mutation in both, domain cores and domain-domain interfaces. We combine semi-empirical energy terms, sequence conservation, and a wide variety of molecular details with a Stochastic Gradient Boosting of Decision Trees (SGB-DT) algorithm. The accuracy of our predictions surpasses existing methods by a considerable margin, achieving correlation coefficients of 0.77 for stability, and 0.75 for affinity predictions. Notably, we integrated homology modeling to enable proteome-wide prediction and show that accurate prediction on modeled structures is possible. Lastly, ELASPIC showed significant differences between various types of disease-associated mutations, as well as between disease and common neutral mutations. Unlike pure sequence-based prediction methods that try to predict phenotypic effects of mutations, our predictions unravel the molecular details governing the protein instability, and help us better understand the molecular causes of diseases.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».