FoldScape 按指定折叠比例生成蛋白质构象集合

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研究团队提出 FoldScape,一个以序列为条件、可在指定折叠比例 Q 下生成 Cα 构象集合的深度学习框架。它先对一维残基间距离做分层滑窗回归,再通过链组装与 rectified-flow 解码器采样,训练数据为多尺度粗粒化折叠轨迹与全原子机械去折叠轨迹。在 20 种长度 36 至 857 残基的人源蛋白上,相同采样量下,FoldScape 覆盖的折叠坐标范围比改变随机种子的 AlphaFold 3 集合约大一个数量级;AlphaFold 3 在接近天然态的区域锚定更好,两者互补。其重建精度沿 Q 基本保持稳定,步长为 1 的裁剪叠加方案可把推理扩展到更长链。

全文梳理

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方法如何生成构象

FoldScape 的输入是蛋白序列和一个指定的折叠比例 Q,输出是该折叠程度下的 Cα 构象集合。它不直接预测单一结构,而是先对一维残基间距离做分层、滑窗式回归,再完成三维链的组装,最后用 rectified-flow 解码器采样出多条链。训练数据来自两类轨迹:多尺度粗粒化的折叠轨迹,以及全原子的机械去折叠轨迹。作者称,这种组合让模型学到从去折叠集合到折叠态之间的连续过渡,而不是只记住天然构象。

与 AlphaFold 3 的对比

评测覆盖 20 种人源蛋白,残基长度从 36 到 857。在采样数量相同的条件下,FoldScape 覆盖的折叠坐标范围比仅改变随机种子的 AlphaFold 3 集合大约多一个数量级,且这一结果在不同蛋白、不同序参量和不同分箱选择下都成立。作者也指出,AlphaFold 3 在紧邻天然态的区域锚定更准,而 FoldScape 到不了这一区域,因此两者是互补关系,而非替代关系。

精度稳定性与长链推理

FoldScape 的重建精度沿 Q 变化基本保持恒定,从塌缩线团一直到接近天然的球状体都没有明显衰减,这与只在天然态附近表现好的预测器不同。为处理超出单次链级前向计算长度的序列,作者采用步长为 1 的裁剪叠加方案,把推理扩展到数倍于单次前向长度的链。此外,训练轨迹能在残基分辨率上解析机械去折叠,以拉伸为条件的集合在不同拉伸速度下给出可重复的连续观测量,部分去折叠的链会形成几何上连贯的片段。

为什么值得看

它补上了 AlphaFold 类方法不描述的从去折叠到折叠的连续过程,做蛋白折叠与构象集合的人值得看。

信源1 家

  1. [1]arXiv cs.AI一手信源Predicting protein structures at any folding stage from sequence

关键事实

  • FoldScape 以序列为条件,在指定折叠比例 Q 下生成 Cα 构象集合[1]

  • 方法采用一维残基间距离的分层滑窗回归,再做链组装与 rectified-flow 解码采样[1]

  • 训练数据包含多尺度粗粒化折叠轨迹与全原子机械去折叠轨迹[1]

  • 在 20 种 36 至 857 残基的人源蛋白上,相同采样量下覆盖的折叠坐标范围约为改变随机种子的 AlphaFold 3 集合的十倍[1]

  • 重建精度沿 Q 从塌缩线团到近天然球状体基本不变,步长为 1 的裁剪叠加可扩展到更长链[1]

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