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Enregistrement W4408693799 · doi:10.1186/s13321-025-00979-5

An interpretable deep geometric learning model to predict the effects of mutations on protein–protein interactions using large-scale protein language model

2025· article· en· W4408693799 sur OpenAlexafffund
Caiya Zhang, Yanzhi Sun, Pingzhao Hu

Notice bibliographique

RevueJournal of Cheminformatics · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueMachine Learning in Bioinformatics
Établissements canadiensChildren’s Health Research InstituteLawson Health Research InstituteUniversity of ManitobaWestern University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanadian Institutes of Health Research
Mots-clésComputer scienceScale (ratio)Artificial intelligenceMachine learning

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Protein-protein interactions (PPIs) are central to the mechanisms of signaling pathways and immune responses, which can help us understand disease etiology. Therefore, there is a significant need for efficient and rapid automated approaches to predict changes in PPIs. In recent years, there has been a significant increase in applying deep learning techniques to predict changes in binding affinity between the original protein complex and its mutant variants. Particularly, the adoption of graph neural networks (GNNs) has gained prominence for their ability to learn representations of protein-protein complexes. However, the conventional GNNs have mainly concentrated on capturing local features, often disregarding the interactions among distant elements that hold potential important information. In this study, we have developed a transformer-based graph neural network to extract features of the mutant segment from the three-dimensional structure of protein-protein complexes. By embracing both local and global features, the approach ensures a more comprehensive understanding of the intricate relationships, thus promising more accurate predictions of binding affinity changes. To enhance the representation capability of protein features, we incorporate a large-scale pre-trained protein language model into our approach and employ the global protein feature it provides. The proposed model is shown to be able to predict the mutation changes in binding affinity with a root mean square error of 1.10 and a Pearson correlation coefficient of near 0.71, as demonstrated by performance on test and validation cases. Our experiments on all five datasets, including both single mutant and multiple mutant cases, demonstrate that our model outperforms four state-of-the-art baseline methods, and the efficacy was subjected to comprehensive experimental evaluation. Our study introduces a transformer-based graph neural network approach to accurately predict changes in protein-protein interactions (PPIs). By integrating local and global features and leveraging pretrained protein language models, our model outperforms state-of-the-art methods across diverse datasets. The results of this study can provide new views for studying immune responses and disease etiology related to protein mutations. Furthermore, this approach may contribute to other biological or biochemical studies related to PPIs.Scientific contribution Our scientific contribution lies in the development of a novel transformer-based graph neural network tailored to predict changes in protein-protein interactions (PPIs) with excellent accuracy. By seamlessly integrating both local and global features extracted from the three-dimensional structure of protein-protein complexes, and leveraging the rich representations provided by pretrained protein language models, our approach surpasses existing methods across diverse datasets. Our findings may offer novel insights for the understanding of complex disease etiology associated with protein mutations. The novel tool can be applicable to various biological and biochemical investigations involving protein mutations.

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)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
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: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,011
Score d'incertitude au seuil0,023

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,001

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.

Tête enseignante Opus0,005
Tête enseignante GPT0,281
Écart entre enseignants0,276 · 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

Citations4
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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