AlphaFold can be used for both single-chain and multi-chain protein structure prediction, while the latter becomes extremely challenging as the number of chains increases. In this work, by taking each chain as a node and assembly actions as edges, we show that an acyclic undirected connected graph can be used to predict the structure of multi-chain protein complexes (a.k.a., protein complex modelling, PCM). However, there are still two challenges: 1) The huge combinatorial optimization space of $N^{N-2}$ ($N$ is the number of chains) for the PCM problem can easily lead to high computational cost. 2) The scales of protein complexes exhibit distribution shift due to variance in chain numbers, which calls for the generalization in modelling complexes of various scales. To address these challenges, we propose GAPN, a Generative Adversarial Policy Network powered by domain-specific rewards and adversarial loss through policy gradient for automatic PCM prediction. Specifically, GAPN learns to efficiently search through the immense assembly space and optimize the direct docking reward through policy gradient. Importantly, we design an adversarial reward function to enhance the receptive field of our model. In this way, GAPN will simultaneously focus on a specific batch of complexes and the global assembly rules learned from complexes with varied chain numbers. Empirically, we have achieved both significant accuracy (measured by RMSD and TM-Score) and efficiency improvements compared to leading PCM softwares.


翻译:AlphaFold可用于单链和多链蛋白质结构预测,但随着链数增加,后者变得极具挑战性。本研究通过将每条链视为节点、组装动作视为边,证明无环无向连通图可用于预测多链蛋白质复合物的结构(即蛋白质复合物建模,PCM)。然而,仍存在两个挑战:1)PCM问题中$N^{N-2}$($N$为链数)的巨大组合优化空间易导致高计算成本;2)蛋白质复合物的规模因链数差异呈现分布偏移,这要求模型具备多尺度复合物建模的泛化能力。为解决这些问题,我们提出GAPN——一种基于策略梯度的生成对抗策略网络,通过领域特定奖励和对抗损失实现PCM自动预测。具体而言,GAPN学习高效搜索庞大组装空间,并通过策略梯度优化直接对接奖励。更重要的是,我们设计了对抗奖励函数以增强模型的感受野。通过这种方式,GAPN将同时关注特定批次的复合物以及从不同链数复合物中习得的全局组装规则。实验表明,相比主流PCM软件,我们在精度(以RMSD和TM-Score衡量)和效率方面均取得了显著提升。

0
下载
关闭预览

相关内容

环太平洋多媒体会议(PCM)是一个重要的年度国际会议,其组织为论坛,以讨论理论,实验和应用多媒体分析与处理领域的最新进展和研究成果。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/conf/pcm/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2023年9月21日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Arxiv
19+阅读 · 2020年12月23日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Domain Representation for Knowledge Graph Embedding
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
VIP会员
最新内容
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
11+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
2+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
8+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关论文
Arxiv
12+阅读 · 2023年9月21日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Arxiv
19+阅读 · 2020年12月23日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Domain Representation for Knowledge Graph Embedding
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员