蛋白质结构预测中全原子结构重建性能的系统研究

Due to the astronomical number of possible conformational states, most of the prediction methods adopt reduced model during conformation searching, and the all-atom structure is then reconstructed from the reduced model. However, the common way of structure assessment usually emphasizes the agreement between the global topology (e.g. backbone conformation) of the predicted model and its native structure, which cannot well reflect the performance of predictors on all-atom structure reconstruction. In order to make a systematic study of the performances of predictors on all-atom structure reconstruction, we plan to assess the predicted structures and decoy structures by a series of native-structure-independent evaluation methods. Moreover, we’ll reconstruct the all-atom structure of all involved structures and redo all assessments, by which we aim to explore the key factors affecting the quality of all-atom structure and the effective way to improve the performance of all-atom reconstruction process.

由于蛋白质可能的空间构象数目极大，绝大部分结构预测方法都采用简化的结构模型进行构象搜索，之后再由简化结构重新构建起全原子结构。而通常的结构质量评估体系往往侧重于评估目标蛋白的整体拓扑结构(如主链构象)与其天然结构的相似程度，因此评估结果很难准确反映预测方法的全原子结构重建性能。为了系统地研究各方法的全原子结构重建性能，本项目拟采用一系列不依赖于目标蛋白天然结构的全原子结构评估方法对各结构预测方法产生的预测结构以及相关假构象集展开评估。与此同时，我们还将利用专门的全原子结构重建方法对各类结构进行全原子重建。通过对原结构和重建结构的评估分析，深入研究影响蛋白质全原子结构质量的关键因素以及提升全原子结构重建性能的有效途径。

本项目主要以蛋白质全原子结构的质量评估为切入点，对蛋白质结构预测中由简化结构重建起来的全原子结构进行全方位分析，并根据分析结果开展对不依赖于目标蛋白天然结构的全原子结构评估方法的设计开发。我们的研究工作可概括为以下三个方面：（1）完成对来自不同结构预测方和CASP竞赛的600余个蛋白质全原子构象集的详细评估和分析；（2）通过大规模的评估测试找出了影响原子距离统计势的结构质量评估性能的关键因素及规律；（3）设计开发了高性能的适用于蛋白质全原子结构质量评估的方法。这些重要的数据和成果都在网上公开发布，以供世界范围内的研究者浏览、下载和使用。我们的研究成果为蛋白质全原子结构评估方法的测试评估、全原子结构重建方法的诊断优化以及全原子结构质量的评估分析提供了最新的数据资源和更优的软件方法。