谱相干性指数：用于蛋白质结构ensemble质量评估的无模型指标
定量方法
2026-03-30 v1 人工智能
机器学习
摘要
NMR光谱学得到的蛋白质结构ensemble捕捉生物学上重要的构象异质性，但仍然难以确定观察到的变异反映的是协调运动还是噪声样的artifact。我们评估了谱相干性指数（SCI），这是一种源自inter-model两两距离-方差矩阵的参与比例有效秩的无模型、旋转不变的概括。通过对110个NMR ensemble的分组主分析（30--403个残基；每个entry 10--30个model），SCI将实验ensemble与匹配的synthetic无相干控制分离，AUC-ROC为，Cliff's 。相对于内部27蛋白的pilot，鉴别力略有减弱，显示pilot时代的阈值未能完美地传递到更大、更异质的cohort中：主要操作点实现95.5%灵敏度和89.1%特异度。PDB水平的灵敏度基本保持不变（AUC为），且独立的11蛋白holdout达到AUC为。在5折分组分层交叉验证和leave-one-function-class-out测试中，SCI保持强劲（AUC为和），尽管是较强的单特征鉴别器，QC-augmented多特征模型泛化最佳（AUC为和）。残基水平的验证将SCI衍生的贡献与实验RMSF关联，并显示与GNM-based柔性模式广泛一致。救援分析显示Main110的软化主要来自尺寸和ensemble归一化，而非来自光谱信号的丢失。总之，这些结果确立了SCI作为一种可解释、有界的相干性概括，最适合作为多指标QC工作流程中用于异质蛋白质ensemble的工具。
引用
@article{arxiv.2603.25880,
title = {Spectral Coherence Index: A Model-Free Metric for Protein Structural Ensemble Quality Assessment},
author = {Yuda Bi and Huaiwen Zhang and Jingnan Sun and Vince D Calhoun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.25880},
year = {2026}
}