適応免疫認識における変異効果予測のための汎用フレームワークを提案(Professor Ting Chen’s team proposes a generalist framework for predicting mutation effects in adaptive immune recognition)

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2026-06-17 中国科学院(CAS)

清華大学コンピュータ科学技術学部の陳挺(Ting Chen)教授らの研究チームは、北京郵電大学、モナシュ大学、深圳大学との共同研究により、適応免疫系における変異効果を高い汎用性で予測できる人工知能アルゴリズム「UniAIR(Unified Adaptive Immune Recognition)」を開発した。研究成果は『Nature Machine Intelligence』に掲載された。適応免疫では、B細胞が産生する抗体やT細胞受容体(TCR)が抗原を認識するが、結合部位のアミノ酸変異は認識能力や結合特異性を変化させ、感染防御、抗体医薬、がん免疫療法などに大きな影響を及ぼす。従来のAI手法は特定の免疫系や個別課題向けに設計されることが多く、異なる条件への適用性に課題があった。UniAIRは、タンパク質言語モデルによる進化情報と三次元構造の幾何学情報を統合するマルチモーダル学習を採用し、多様な免疫複合体データを統一的に解析できる。また、実験構造が得られない場合にも予測構造を活用できる補正モジュール(UniAIR-LT)を備え、構造情報が不完全な状況でも高い精度を維持する。抗体‐抗原相互作用やTCR-pMHC相互作用を対象とした評価では、抗体成熟、抗原変異による免疫逃避、TCR変異解析などの複数課題で既存手法を上回る性能を示した。さらに、高速なAI予測と高精度な自由エネルギー摂動(FEP)計算を組み合わせることで、治療用抗体やペプチドワクチンの効率的な設計・最適化を可能にする基盤技術として期待される。

適応免疫認識における変異効果予測のための汎用フレームワークを提案(Professor Ting Chen’s team proposes a generalist framework for predicting mutation effects in adaptive immune recognition)
Figure 2. The overall framework of UniAIR (a–e) and its applications (f)

<関連情報>

統一されたマルチモーダルフレームワークによる適応免疫認識全体にわたる一般化可能な変異効果予測 Generalizable mutation-effect prediction across adaptive immune recognition via unified multimodal framework

Rong Han,Yumeng Zhang,Xiaohong Liu,Lei Fu,Tong Pan,Jing Xu,Xiaoyu Wang,Peidong Zhang,Xuanzhong Chen,Jiesi Lei,Wuyang Lan,Changwei Ji,Shuguang Cui,Song Wu,Jiangning Song,Ting Chen & Guangyu Wang
Nature Machine Intelligence  Published:27 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s42256-026-01243-7

Abstract

Adaptive immunity is a central defence system essential for long-term and highly specific protection against pathogens through the precise molecular recognition of antigens by lymphocytes. However, predicting how mutations reshape these interactions remains a major challenge. Although previous computational approaches leverage large-scale pretraining for mutation-effect predictions, most are designed for specific tasks or modalities and struggle to generalize across the heterogeneous, multimodal landscape of immune recognition. Here we introduce UniAIR, a modular, multimodal framework for the accurate and generalizable prediction of mutation effects across immune recognition scenarios. UniAIR integrates a standardized data pipeline, an interface-centric sequence–structure fusion transformer that integrates evolutionary information with geometric representations, and a suite of extensions for multiexpert consensus and adaptation to predicted structure inputs. We comprehensively evaluated UniAIR through large-scale benchmarking and independent tests across immunological tasks. The evaluation covered both extracellular and intracellular immune recognition, including antibody maturation, antigen escape, TCR–pHLA optimization and analyses in which experimental structures were unavailable. Extensive experiments show that UniAIR achieves state-of-the-art performance and delivers robust predictions with minimal task-specific tuning. In particular, UniAIR successfully performed multiround peptide optimization of a TCR–pHLA complex under sparse feedback and identified key functional mutations in incomplete antibody–antigen structures. Together, UniAIR establishes a unified computational foundation for mapping mutation landscapes, advancing understanding of adaptive immune recognition and accelerating immunotherapeutic design.

細胞遺伝子工学
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