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AlphaMol 在 2021 年国际 GPCR-DOCK 大赛获奖

AlphaMol 在 2021 年国际 GPCR-DOCK 大赛获奖




GPCRs是现代药物发现中最重要的药物靶点。GPCRs 参与不同的细胞信号传导,包括炎症、神经元传递、细胞生长等。几乎所有人类疾病和病症均与GPCRs及其信号传导有关。GPCRs已成为现代药物发现的热门靶点,约40%的上市药物靶向GPCRs。

最近的国际 GPCR-DOCK 2021 大赛于 2021 年 12 月举行。本次大赛的目的是验证GPCR及其配体结合模型预测的现代计算方法的准确性。来自世界各地的45个团体参加了这次比赛,共提交了800多个模型。我们的团队针对5个新型GPCR靶点(GPR139、NPY1R、APJ、NMUR2和kOR受体)的3D结构折叠及其药物分子结合模式进行了精准预测。于4月13日至14日举行的第七届iHuman研讨会论坛公布了大赛结果,我们团队提供的预测模型在众多候选模型中脱颖而出,斩获前三。AlphaMol联合创始人袁博士受邀在该研讨会中发表演讲,分享我们的成功故事。



来自加州大学圣地亚哥分校的 Irina Kufareva 教授是 GPCR-DOCK 2021 的组织者,总结道,GPCR-DOCK 2021 的建模难度为:GPR139。根据 GPCR-DOCK 2021 竞赛组织者分析的结果,AlphaMol 表现出色。在所有提交的模型中,我们的三个模型在最困难的kOR靶标项目中分别排名第2、第3和第5。AlphaMol 不仅模拟了 kOR 的结构,还捕获了kOR 与配体结合的所有基本相互作用。此外,AlphaMol提交的蛋白质模型与kOR 实验结构的主链整体RMSD在1.23-2.20 Å范围内,而所有靶标的跨膜区域的RMSD在0.90-1.48 Å之间。我们的预测与实验结构几乎完全一致。


基于新解析的GPCR结构,我们对AlphaMol、AlphaFold2以及RosettaGPCR的预测模型进行了比较。 结果表明,AlphaMol的预测比 AlphaFold2 和 RosettaGPCR 都准确得多(AlphaFold2 和 RosettaGPCR 模型均从各自官网获得)。


2022 年 4 月 13 日,《自然》杂志发表了一篇题为“What's next for AlphaFold and the AI protein-folding revolution”的新闻专题文章。在这篇文章中,来自北卡罗来纳大学教堂山分校的结构生物学家和药理学家Brian Roth教授指出:

“AlphaFold
并不总是那么准确。在他的实验室已经解析但尚未发表的几十个GPCR结构中,他说, ‘大约有50%的结构在AlphaFold预测的结构上表现相当好,而另外50%的结构几乎没有提供帮助’,‘在某些情况下,AlphaFold以高置信度标记了所预测的结构,但实验结构表明这些预测是错误的。即使软件预测正确,也无法模拟蛋白质与药物或其他小分子(配体)结合时的构象——这可能会大大改变结构’。这些警示使得Brian Roth教授思考:AlphaFold对药物发现有多大用处。”


AlphaFold2
在 GPCR 中表现不佳的一个主要原因可能是:PDB 数据库中存积了大约 190 K 个大分子结构,其中膜蛋白的比例仅为 4% 左右。目前解析的结构大多数为水溶性蛋白质,约占91%,其余为核苷酸。AlphaFold2 是一种基于 AI 的预测工具,高度依赖于训练数据规模的大小。然而,已解析的膜蛋白结构数量总共只有约6500个。我们的新算法不是纯粹基于AI,因此不具有上述限制。


我们比较了AlphaMol、AlphaFold2 和 RosettaGPCR 对 GPCR-DOCK 2021 中5个新GPCR 靶点的结构预测。结果显示,与AlphaFold2和RosettaGPCR相比,AlphaMol预测的GPCR主链和具有实验结构的跨膜螺旋的RMSD要小得多,表明我们的预测精度更高。