蛋白质语言模型推荐的E300突变增强了ChrimsonR的光电流响应

内容形式：摘要译文

视蛋白工程面临的一项核心挑战，是识别能够稳定改善目标功能特性的突变；由于突变空间极其庞大，而电生理筛选的通量有限，这项任务颇具难度。改善光电流幅度和光敏感性等视蛋白特性，有望拓展视蛋白在弱光及深层组织应用中的范围。为此，我们采用零样本蛋白质语言模型（ESM-1b/1v）推荐 ChrimsonR 突变，并通过全细胞膜片钳电生理记录对全部 17 种变体进行了实验验证（每种突变 n=6 个细胞）。尽管许多突变会降低功能，蛋白质语言模型仍识别出了已知的功能性残基，以及一些非典型替换；这些替换能够显著提升功能，并与 K176R 协同改善动力学特性。两种突变 E300G 和 E300P 在 635 nm 光照下将持续光电流从 66 pA（对照组）分别提升至 305 pA 和 255 pA，将 575 nm 下的 EC50 从 0.19 mW 降至 0.07 mW，并改变了动力学特性（τoff 从 0.06 s 增至最高 0.40 s）。我们的结果表明，即使未经任务特异性训练，蛋白质语言模型也可与电生理测量结合，用于筛选光电流增强的视蛋白。

关键词：视蛋白工程 · 蛋白质语言模型 · ChrimsonR突变 · 光电流增强 · 全细胞膜片钳 · 光遗传学

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.13.725064v1?rss=1