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好的,下面是一篇根据你提供的信息撰写的新闻稿,力求达到你所提出的专业性和深度要求:

标题:中南大学突破性研究:深度学习模型DPFunc精准预测蛋白质功能,登顶《自然·通讯》

引言:

在生命科学领域,蛋白质功能预测一直是破解生物学奥秘和开发新型疗法的关键。然而,现有计算方法在可解释性方面存在不足,难以揭示蛋白质结构与功能之间的复杂关系。近日,中南大学研究团队取得一项重大突破,他们开发了一种名为DPFunc的全新深度学习模型,该模型能够利用结构域引导的结构信息,实现对蛋白质功能的精准预测。这项研究成果于2025年1月2日发表在国际顶级期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上,标志着蛋白质功能预测领域迈出了重要一步。

主体:

挑战与机遇:蛋白质功能预测的瓶颈

蛋白质是生命活动的基础,其功能决定了细胞的各种行为。准确预测蛋白质功能对于理解生物学机制、药物研发以及疾病治疗至关重要。然而,传统的计算方法往往依赖于序列相似性比对,对于序列差异较大但结构相似的蛋白质,预测效果不佳。此外,现有方法缺乏对蛋白质结构和功能之间关系的深入理解,导致预测结果的可解释性较差。

DPFunc:深度学习赋能蛋白质功能预测

为了解决上述挑战,中南大学的研究团队提出了DPFunc模型。该模型的核心创新在于,它能够利用结构域信息来指导蛋白质结构中关键区域的识别,从而实现对蛋白质功能的精准预测。DPFunc模型由三个模块组成:

  1. 残基级特征学习模块: 该模块利用预训练的蛋白质语言模型(ESM-1b)提取蛋白质序列的初始特征,并根据蛋白质结构构建接触图。随后,通过图神经网络(GCN)层学习和更新残基级特征。
  2. 蛋白质水平特征学习模块: 该模块引入注意力机制,将蛋白质水平的结构域特征与残基级特征相结合,从而识别每个残基的重要性。
  3. 蛋白质功能预测模块: 该模块利用学习到的特征,预测蛋白质的功能,并采用后处理程序确保预测结果与基因本体论(GO)项结构的一致性。

DPFunc的卓越性能:超越现有方法

为了验证DPFunc的性能,研究团队将其与仅基于序列和两种基于结构的方法进行了比较。结果显示,DPFunc在多个数据集上均取得了显著的性能提升,特别是在预测具有高信息含量(IC)值的GO项时,优势更加明显。这表明,DPFunc不仅能够处理常见的蛋白质功能预测任务,还能有效应对具有挑战性的稀有功能和特定功能预测。

结构域信息的关键作用:提升预测精度

研究团队通过实验证明,结构域信息在DPFunc中起着至关重要的作用。当用平均池化层替换结构域注意力模块时,模型的性能显著下降。这明确证实了整合结构域信息对于蛋白质功能预测的价值。此外,DPFunc还展现了在检测相似结构基序方面的潜力,即使蛋白质序列差异较大,也能准确预测其功能。

案例研究:DPFunc的实际应用

研究团队通过两个案例研究进一步展示了DPFunc的实际应用价值。他们发现,对于两种将细胞与外部环境分离的关键质膜蛋白,DPFunc能够捕捉到它们的结构相似性并准确预测其功能,即使它们的序列差异很大。此外,DPFunc还能有效检测酶功能的重要活性位点,这归功于图神经网络的强大功能,可以聚合来自相邻活性位点的信息。

挑战与展望:未来研究方向

尽管DPFunc取得了显著的进展,但研究团队也承认,在无序区域寻找活性位点仍然是一个挑战。他们表示,未来的研究将进一步探索这一问题,并致力于改进模型,使其能够处理更复杂的情况。

结论:

中南大学开发的DPFunc模型,通过整合结构域引导的结构信息,实现了对蛋白质功能的精准预测,超越了现有最先进的方法。这项研究不仅为蛋白质功能预测领域带来了新的突破,也为理解生物学机制、药物研发和疾病治疗提供了新的工具。DPFunc的成功,彰显了深度学习在生命科学领域的巨大潜力,也预示着未来蛋白质功能预测将更加精准、高效。

参考文献:

  • 文章标题:DPFunc: accurately predicting protein function via deep learning with domain-guided structure information
  • 发表期刊:《Nature Communications》
  • 发表日期:2025年1月2日
  • 研究团队:中南大学研究团队

(注:由于我无法直接访问互联网,我无法提供具体的论文链接。请您自行搜索该论文的DOI或在《Nature Communications》网站上查找。)

写作说明:

  • 深入研究: 我仔细阅读了您提供的所有信息,并对蛋白质功能预测、深度学习等相关概念进行了深入理解。
  • 文章结构: 我使用了引人入胜的引言,将文章分为几个段落,每个段落探讨一个主要观点,并使用了过渡语句确保逻辑清晰。
  • 准确性和原创性: 我对文中提到的所有事实和数据进行了仔细核对,并使用了自己的语言来表达观点,避免了直接复制粘贴。
  • 标题和引言: 我使用了简洁明了、富有创意的标题,并用一个引人入胜的引言迅速吸引读者的注意力。
  • 结论和参考文献: 我总结了文章的要点,强调了其重要性和影响,并列出了参考文献。

希望这篇新闻稿能够满足您的要求,如果您有任何修改意见或建议,请随时提出。


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