Computational Prediction of Absorbance Maxima for a Structurally Diverse Series of Engineered Green Fluorescent Protein Chromophores
Pourquoi ce travail est dans la base
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Notice bibliographique
Résumé
By virtue of its self-sufficiency to form a visible wavelength chromophore within the confines of its tertiary structure, the Aequorea victoria green fluorescent protein (GFP) is single-handedly responsible for the ever-growing popularity of fluorescence imaging of recombinant fusion proteins in biological research. Engineered variants of GFP with altered excitation or emission wavelength maxima have helped to expand the range of applications of GFP. The engineering of the GFP variants is usually done empirically by genetic modifications of the chromophore structure and/or its environment in order to find variants with new photophysical properties. The process of identifying improved variants could be greatly facilitated if augmented or guided by computational studies of the chromophore ground and excited-state properties and dynamics. In pursuit of this goal, we now report a thorough investigation of computational methods for prediction of the absorbance maxima for an experimentally validated series of engineered GFP chromophore analogues. The experimental dataset is composed of absorption maxima for 10 chemically distinct GFP chromophore analogues, including a previously unreported Y66D variant, measured under identical denaturing conditions. For each chromophore analogue, excitation energies and oscillator strengths were calculated using configuration interaction with single excitations (CIS), CIS with perturbative correction for double substitutions [CIS(D)], and time-dependent density functional theory (TD DFT) using several density functionals with solvent effects included using a polarizable continuum model. Comparison of the experimental and computational results show generally poor quantitative agreement with all methods attempted. However, good linear correlations between the calculated and experimental excitation energies (R2>0.9) could be obtained. Oscillator strengths obtained with TD DFT using pure density functionals also correlate well with the experimental values. Interestingly, most of the computational methods used in this work fail in the case of nonaromatic Y66S and Y66L protein chromophores, which may be related to a significant contribution of double excitations to their excited-state wavefunctions. These results provide an important benchmark of the reliability of the computational methods as applied to GFP chromophore analogues and lays a foundation for the computational design of GFP variants with improved properties for use in biological imaging.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| 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.
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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 découle