Protein sequence design has been widely applied in rational protein engineering and increasing the design accuracy and efficiency is highly desired. Here we present ProDESIGN-LE, an accurate and efficient design approach, which adopts a concise but informative representation of residue’s local environment and trains a transformer to select an appropriate residue at a position from its local environment. ProDESIGN-LE iteratively applies the transformer on the positions in the target structure, eventually acquiring a designed sequence with all residues fitting well with their local environments. ProDESIGN-LE designed sequences for 68 naturally occurring and 129 hallucinated proteins within 20 seconds per protein on average, and the predicted structures from the designed sequences perfectly resemble the target structures with state-of-the-art average TM-score exceeding 0.80. We further experimentally validated ProDESIGN-LE by designing five sequences for an enzyme, chloramphenicol O -acetyltransferase type III (CAT III), and recombinantly expressing the proteins in E. coli . Of these proteins, three exhibited excellent solubility, and one yielded monomeric species with circular dichroism spectra consistent with the natural CAT III protein.

Abstract The function of nuclear-localized mitochondria remains unknown. We found that mitochondria assembled dense particles to fragment and disperse into the particles, which reassembled to initiate nuclear formation and development. Individually-formed nuclei in one single cell were joined together by mitochondrial fragmentation concurrently partitioning cytoplasm to form an intranuclear inclusion (INC), whose creation was not related to herniation or invagination of the cytoplasm. Along with the nuclear transition of a mitochondrion and its neighboring counterparts, the organelle included itself in the nucleus to become nuclear mitochondrion through peripherally assembling of dense particles. New medium reversed the nuclear formation of the organelles to recovery and re-establishment via the return of the particles, which consisted of dense microvesicles (MIVs).

Abstract Nuclear-localized mitochondria were discovered over sixty years ago 1 ; however, the function of these organelles in the initiation of nuclear formation and development remains unknown. Here, we showed that mitochondria fragmented into dense particles to initiate and develop a nucleus, and multiple nuclei were separately and simultaneously formed by fragmented mitochondria in a single cell. The combination of nuclei individually constructed by the mitochondrial assembly of dense particles for nuclear transition partitioned the cytoplasm to form an intranuclear inclusion (INC), whose formation was not related to herniation or invagination of the cytoplasm. During nuclear conversion of itself and neighbouring organelles, the mitochondrion was incorporated into the nucleus to become a nuclear mitochondrion. Knockdown of microtubule-associated protein light chain 3 (LC3), a key autophagic protein, increased free micronuclei by delaying nuclear fusion and enhancing the mitochondria-to-micronuclei transition.