基于元素分辨几何描述符的蛋白质-配体相互作用统一几何表征研究

《Scientific Reports》：Element interaction manifolds for comparative analysis of geometric representations in protein-ligand recognition

摘要

准确的蛋白质-配体相互作用建模需要能够同时捕捉分子几何特征与化学特异性相互作用的表示方法。现有方法通过多种几何形式化手段编码分子识别，包括微分几何以及球谐面描述符（如三维齐尼克描述符，3DZD）。然而，局部曲率、表面积、体积、整体形状以及化学分区在蛋白质-配体识别中的相对作用仍缺乏充分理解。在本工作中，我们以元素相互作用流形（Element Interaction Manifold, EIM）框架为核心，开展了一项统一的几何研究。我们将元素交互式曲率、表面积及体积描述符整合到一种通用表示中，并比较评估它们在结合亲和力预测和配体感知的蛋白质-配体复合物识别中的角色。为了将微分几何置于更完整的语境中，我们将 EIM 与标准 3DZD 以及一种经过化学分区扩展的变体——元素对三维齐尼克描述符（element-pair 3DZD, EP-3DZD）进行了比较。在 PDBbind/CASF-2016 亲和力预测任务以及无监督配体感知识别任务中，经过化学分辨的相互作用几何信息展现出了较强的预测性能。化学分区相较于标准全局 3DZD 提升了基于齐尼克函数的表示效果；而将齐尼克描述符与混合 EIM 结合仅带来微小的数值增益，表明在已评估的协议下二者具有有限的额外互补性。额外的稳健性与对照分析支持了亲和力预测结果的稳定性，并阐明了共享配体身份对配体感知识别任务的贡献。总体而言，这些结果支持了化学分辨的几何信息作为蛋白质-配体建模的一种可解释且信息丰富的表示方法。