A replica exchange Monte Carlo algorithm for protein folding in the HP model
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: The ab initio protein folding problem consists of predicting protein tertiary structure from a given amino acid sequence by minimizing an energy function; it is one of the most important and challenging problems in biochemistry, molecular biology and biophysics. The ab initio protein folding problem is computationally challenging and has been shown to be NuRho -hard even when conformations are restricted to a lattice. In this work, we implement and evaluate the replica exchange Monte Carlo (REMC) method, which has already been applied very successfully to more complex protein models and other optimization problems with complex energy landscapes, in combination with the highly effective pull move neighbourhood in two widely studied Hydrophobic Polar (HP) lattice models. RESULTS: We demonstrate that REMC is highly effective for solving instances of the square (2D)and cubic (3D) HP protein folding problem. When using the pull move neighbourhood, REMCoutperforms current state-of-the-art algorithms for most benchmark instances. Additionally, we show that this new algorithm provides a larger ensemble of ground-state structures than the existing state-of-the-art methods. Furthermore, it scales well with sequence length, and it finds significantly better conformations on long biological sequences and sequences with a provably unique ground-state structure, which is believed to be a characteristic of real proteins. We also present evidence that our REMC algorithm can fold sequences which exhibit significant interaction between termini in the hydrophobic core relatively easily. CONCLUSION: We demonstrate that REMC utilizing the pull move neighbourhood significantly outperforms current state-of-the-art methods for protein structure prediction in the HP model on 2D and 3D lattices. This is particularly noteworthy, since so far, the state-of-the-art methods for2D and 3D HP protein folding - in particular, the pruned-enriched Rosenbluth method (PERM) and,to some extent, Ant Colony Optimisation (ACO) - were based on chain growth mechanisms. To the best of our knowledge, this is the first application of REMC to HP protein folding on the cubic lattice, and the first extension of the pull move neighbourhood to a 3D lattice.
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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 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,001 |
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 ».