阐释蛋白质蛋白质共价修饰及锌离子结合生物信息学

论文导读：
摘要：蛋白质共价修饰是指在细胞生命活动历程中,特定氨基酸残基的侧链共价地连接新的化学基团或小蛋白质,从及主链共价键在水解酶切的意义下发生断裂。共价修饰的时空特异性极大地丰富了蛋白质组的多样性,并在调节蛋白质的稳定性与功能上起到了及其重要的意义,以而参与细胞的各项生化和生理历程。目前已发现超过350种共价修饰,针对这些修饰的一系列探讨也取得了可喜的发展。尽管如此,由于实验探讨手段的限制从及相关数据的欠缺,只有少数几种共价修饰如蛋白质磷酸化得到了较为体系的探讨。由于传统的实验学办法鉴定蛋白质的共价修饰需要耗费大量的时间、精力与资源,通过计算预测与分析来减少可能的靶标从指导体外或体内实验吸引了许多探讨者的兴趣。另一方面,近年来高通量、高精度质谱技术从及高效分离与富集办法的快速进展极大地促进了共价修饰的相关探讨。对某些修饰如磷酸化等,在一次实验中鉴定成千上万个底物极为位点已经成为较为常规的实验技术。然而,如何对这些数据进行体系分析并挖掘出其中的生物学含义,则完全依赖于生物信息学的进展。目前,已有超过170个数据库与预测工具为共价修饰提供计算分析服务。然而,随着共价修饰的实验探讨的逐步深入,相应的计算工具仍然较为缺乏或者精确度不够。由此,在之前的探讨基础上,我们进展了更为有效的计算模型与算法从推进对共价修饰的探讨。通过不断改善蛋白质共价修饰预测算法GPS,我们发布了一系列的算法版本,包括GPS2.1,GPS2.2和GPS3.0。使用这些算法,我们针对一系列不同的蛋白质共价修饰开发了预测工具,其中包括第一个蛋白质酪氨酸硝基化位点预测工具GPS-YNO2、第一个原核类泛素化位点预测工具GPS-PUP、第一个泛素化E3连接酶APC/C的底物模体识别软件GPS-ARM、第一个半胱胺酸亚硝基化位点预测工具GPS-SNO、第一个Plk家族激酶磷酸化与磷酸化结合位点预测工具GPS-Polo,从及相比其他预测工具而言准确度更高的激酶特异性磷酸化位点预测工具GPS2.1、calpain介导的酶切底物预测工具GPS-CCD、酪氨酸硫化位点预测工具GPS-TSP、半胱胺酸棕榈酰化位点预测工具CSS-Palm3.0。此外,还将算法扩展到其他领域,通过将吉布斯采样办法引入预测算法中,成功地实现了对抗原表位的的预测并开发了预测工具GPS-MBA。对于所有的预测工具我们均开发了在线预测服务网站与本地化可安装的预测软件。除了开发预测工具从外,我们还整合并构建了共价修饰相关的数据资源,包括第一个赖氨酸乙酰化位点数据库、泛素化及类泛素化相关酶数据库、蛋白激酶及磷酸酶数据库。通过阅读文献,我们一共收集了3311个蛋白质中的7151个实验证实的赖氨酸乙酰化位点,并结合蛋白质相互意义信息等数据构建了CPLA (Compendium of Protein Lysine Acetylation)数据库从整合乙酰化底物极为位点。使用这些数据,我们首次构建了人类蛋白质赖氨酸乙酰化调控网络,对其进行的详尽计算分析指出组蛋白乙酰转移酶-底物-组蛋白去乙酰化酶三联体应该是乙酰化调控的主要机制,并对可能有着的三联体进行了大规模计算鉴定,已有一部分结果在之前从及最近的几点探讨中得到了验证。针对泛素化从及类泛素化修饰,我们通过收集实验证实的修饰相关酶从及去修饰酶,结合隐马尔可夫模型和同源搜索计算办法,对70种真核生物中的E1、E2、E3和DUBs进行了计算鉴定,并提供了详细的注释和分类。使用类似的办法,我们还对84中真核生物中的蛋白激酶和磷酸酶进行了计算鉴定和注释从及进化分析。使用预测工具,我们对共价修饰数据进行了更进一步的分析。对酪氨酸硝基化和半胱胺酸亚硝基化进行体系分析的结果表明,虽然这两种修饰都跟一氧化氮依赖的氧化压力联系密切,并且均参与抗凋亡等生物学历程,但是酪氨酸硝基化倾向于与更为基础的生物学历程如转录与翻译相关,而半胱胺酸亚硝基相对比而言更与离子转运、糖酵解等相关。而通过对酪氨酸上的三种修饰硫化、硝基化与磷酸化进行体系分析,我们对这三种修饰之间的串扰进行了探讨。结果表明,硫化和硝基化之间的原位串扰明显地少,而硫化和硝基化都偏好于磷酸化酪氨酸上而不是非磷酸化酪氨酸上发生串扰。计算预测表明总共约有24.4%的已知的磷酸化位点可能也被硫化或者硝基化修饰。进一步的统计分析结果表明硫化和硝基化偏好于与磷论文导读：组论文预测软件论文数据库论文本论文由www.7ctime.com,需要可从关系人员哦。摘要5-8ABSTRACT8-16第1章绪论16-421.1生物信息学介绍16-231.1.1生物信息学的定义17-191.1.2生物信息学的进展过程19-211.1.3生物信息学的运用与展望21-231.2蛋白质共价
酸化在不同的生物学历程和功能中串扰。基于目前已有的磷酸化组学数据,结合计算预测与分析办法,我们首次对Plk家族激酶介导的磷酸化调控进行了体系的分析,指出其调控模式主要为分配式模型。统计分析表明,相比于Plk介导的磷酸化底物,其磷酸化结合的蛋白质更与有丝分裂相关。进一步的计算分析从及体外体内实验证实了人源Mis18B是一个新的Plkl结合蛋白质,而pTl4和pS48为其磷酸化结合位点。此外,与共价修饰类似的金属离子结合如锌离子的配位结合对蛋白质的结构与功能存在至关重要的意义。除了金属离子自身的生理意义从外,金属离子还通过参与蛋白质的功能行使而介入生命活动的各项历程。我们通过对锌离子与蛋白质结合位点的结构特点进行分析,进展出了基于蛋白质残基几何构型的锌离子结合位点预测办法。通过与同类计算工具进行仔细的对比,该办法被证明是可靠有效的。使用该办法,我们对已有晶体结构的蛋白质进行了大规模计算分析,其结果表明在进化历程中锌离子结合蛋白质明显更多地参与到高等生物的复杂生物学历程中来,并且明显地与疾病相关且富集在可能的药物靶点中。综上,我们针对蛋白质共价修饰开发了一系列的预测工具与软件,构建了一系列的数据资源并对其进行了计算分析。在此基础上,我们针对蛋白质共价修饰组学数据进展出了统计与体系分析办法,并通过生化与细胞实验对计算结果予从证实。针对从锌离子结合为代表的蛋白质与金属离子结合,我们进展出了基于蛋白质结构几何特点的新的计算办法,并运用到大规模数据的分析中。我坚信,在当前共价修饰和金属离子结合的探讨近况下,我们的生物信息学工作结合后续的生物化学与细胞生物学实验,能把蛋白质共价修饰从及蛋白质与金属离子结合引入新的快速进展阶段,以而更深入地探索蛋白质共价修饰从及蛋白质与金属离子结合在生命活动的重要功能极为意义机制。关键词：蛋白质共价修饰论文锌离子结合蛋白质论文生物信息学论文计算预测论文体系分析论文蛋白质组论文预测软件论文数据库论文
本论文由www.7ctime.com,需要可从关系人员哦。摘要5-8
ABSTRACT8-16
第1章 绪论16-42

1.1 生物信息学介绍16-23

1.1 生物信息学的定义17-19

1.2 生物信息学的进展过程19-21

1.3 生物信息学的运用与展望21-23

1.2 蛋白质共价修饰23-38

1.2.1 蛋白质磷酸化24-28

1.2.2 Calpain介导的酶切修饰28-29

1.2.3 半胱胺酸亚硝基化29-31

1.2.4 酪氨酸硝基化31-32

1.2.5 原核类泛素化32-33

1.2.6 半胱胺酸棕榈酰化33-35

1.2.7 酪氨酸硫化35

1.2.8 泛素化与类泛素化35-37

1.2.9 赖氨酸乙酰化37-38

1.3 锌离子结合38-42

第2章 蛋白质共价修饰的预测及计算分析42-98

2.1 GPS系列算法预测蛋白质共价修饰,从半胱胺酸棕榈酰化为例42-49

2.

1.1 GPS算法介绍42-43

2.

1.2 实验材料与办法43-47

2.

1.2.1 数据收集43

2.

1.2.2 数据处理43-44

2.

1.2.3 GPS系列算法44-46

2.

1.2.4 性能评价46-47

2.

1.2.5 在线服务与本地安装包的开发47

2.

1.3 结果与讨论47-49

2.

1.3.1 开发CSS-Palm 3.0预测棕榈酰化位点47-49

2.2 蛋白质磷酸化49-54

2.1 摘要49

2.2 实验材料与办法49

2.1 训练与测试数据的准备49

2.2 算法、性能与稳定性评估从及预测软件的开发49

2.3 结果与讨论49-54

2.3.1 不同PSP(m,n)肽段的组合会产生不同的预测性能及稳定性49-51

2.3.2 一个新的模体长度选择算法从提升预测稳定性51

2.3.3 对比GPS 1与GPS 051-52

2.3.4 GPS 1预测软件的利用52-54

2.3 Calpain介导的酶切修饰54-60

2.3.1 摘要54

2.3.2 实验材料与办法54

2.3.1 数据准备54

2.3.2.2 算法、性能与稳定性评估从及预测软件的开发54论文导读：物化学与细胞实验办法1053.2.3结果与讨论105-1183.2.3.1分析Plk激酶家族并构建GPS-Polo软件105-1073.2.3.2性能评价和对比107-1093.2.3.3体系地预测和分析Plk介导的磷酸化调节109-1113.2.3.4精确预测体内的Plk介导的磷酸化111-1133.2.3.5人源Plk介导的磷酸化调节倾向于分布式磷酸化模型1133.2.3.6人源Plk1与磷酸化的M

2.3.3 结果与讨论54-60

2.3.3.1 用GPS 1算法开发GPS-CCD54-57

2.3.3.2 对比不同的计算办法57-58

2.3.3.3 大规模预测蛋白质中的calpain酶切位点58-60

2.4 半胱胺酸亚硝基化60-66

2.4.1 摘要60

2.4.2 实验材料与办法60-61

2.4.1 数据准备60

2.4.2 算法、性能与稳定性评估从及预测软件的开发60-61

2.4.3 结果与讨论61-66

2.4.3.1 开发GPS-SNO预测亚硝基化位点61-62

2.4.3.2 性能评价与对比62-65

2.4.3.3 大规模预测可能的亚硝基化位点65-66

2.5 酪氨酸硝基化66-75

2.5.1 摘要66

2.5.2 实验材料与办法66-68

2.5.1 数据准备66

2.5.2 算法、性能与稳定性评估从及预测软件的开发66

2.5.3 使用超几何分布进行统计分析66-67

2.5.4 使用Yates卡方检验进行对比分析67-68

2.5.3 结果与讨论68-75

2.5.3.1 开发GPS-YNO2预测硝基化位点68-69

2.5.3.2 性能评价与对比69-72

2.5.3.3 大规模预测可能的亚硝基化位点72-75

2.6 原核类泛素化75-80

2.6.1 摘要75

2.6.2 实验材料与办法75-76

2.6.1 数据准备75

2.6.2 算法、性能与稳定性评估、预测软件的开发从及统计分析75-76

2.6.3 结果与讨论76-80

2.6.3.1 原核类泛素化位点预测工具GPS-PUP的开发与性能评价76-78

2.6.3.2 大规模预测及分析78-80

2.7 泛素化E3连接酶APC/C的底物模体80-88

2.7.1 摘要80

2.7.2 实验材料与办法80-81

2.7.1 数据准备80

2.7.2 算法、性能与稳定性评估、预测软件的开发从及统计分析80-81

2.7.3 结果与讨论81-88

2.7.3.1 开发GPS-ARM预测D-box和KENN-box81-83

2.7.3.2 性能评价与对比83-84

2.7.3.3 功能富集与多样性分析84-87

2.7.3.4 体系地预测有丝分裂相关的APC/C底物87-88

2.8 使用GPS算法预测T细胞抗原表位88-98

2.8.1 摘要88

2.8.2 实验材料与办法88-89

2.8.1 数据准备88-89

2.8.2 算法、性能与稳定性评估从及预测软件的开发89

2.8.3 结果与讨论89-98

2.8.3.1 决定I-A~(g7)和HLA-DQ8表位的核心九肽89-90

2.8.3.2 开发GPS-MBA从预测I-Ag7和HLA-DQ8结合肽段90-91

2.8.3.3 预测性能评价与对比91-93

2.8.3.4 预测T1D中可能的新I-A~(g7)andHLA-DQ8表位93-96
2.8.3.5 TEDB

1.0数据库的开发和利用96-98

第3章 蛋白质共价修饰的数据资源与体系分析98-142

3.1 赖氨酸乙酰化98-104

3.

1.1 摘要98

3.

1.2 实验材料与办法98-100

3.

1.2.1 数据库构建与内容98-99

3.

1.2.2 数据库的利用99-100

3.

1.3 结果与讨论100-104

3.2 Plk家族激酶介导的磷酸化组104-118
3.

2.1 摘要104

3.

2.2 实验材料与办法104-105

3.

2.1 数据收集与准备104

3.

2.2 算法、性能与稳定性评估、预测软件的开发从及统计分析104-105

3.

2.3 生物化学与细胞实验办法105

3.

2.3 结果与讨论105-118

3.

2.3.1 分析Plk激酶家族并构建GPS-Polo软件105-107

3.

2.3.2 性能评价和对比107-109

3.

2.3.3 体系地预测和分析Plk介导的磷酸化调节109-111

3.

2.3.4 精确预测体内的Plk介导的磷酸化111-113

3.

2.3.5 人源Plk介导的磷酸化调节倾向于分布式磷酸化模型113

3.

2.3.6 人源Plk1与磷酸化的Mis18B相互意义113-118

3.3 酪氨酸硫化、硝基化与磷酸化的串扰118-125

3.1 摘要118

3.2 实验材料与办法118-119

3.3.

2.1 训练与测试数据的准备118

3.3.2.2 算法、性能与稳定性论文导读：42-1564.1摘要1424.2实验材料与办法142-1444.2.1数据准备与分析142-1434.2.2几何限定法(GeometricREstrictionApproach,GRE)143-1444.2.3性能评估与统计分析1444.2.4开发在线服务1444.3结果与讨论144-1564.3.1体系分析四残基和三残基锌离子结合之间的差异144-1474.3.2几何限定法从预测锌离子结合位点147-1494.3.3
评估、预测软件的开发从及统计分析118-119

3.3 结果与讨论119-125

3.1 开发GPS-TSP从预测硫化位点119-120

3.2 性能评价与对比120-121

3.3 体系地分析和对比硫化和硝基化功能的丰度和多样性121-123

3.4 体系分析硫化、硝基化和磷酸化之间的原位串扰123-125

3.4 泛素化从及类泛素化相关酶125-132

3.4.1 摘要125

3.4.2 实验材料与办法125-127

3.4.

2.1 数据收集125-126

3.4.

2.2 分类126

3.4.

2.3 蛋白质组尺度的预测126-127

3.4.3 结果与讨论127-132

3.4.1 数据库利用127-130

3.4.2 数据分析、分类130-132

3.5 蛋白质激酶与磷酸酶132-142

3.5.1 摘要132

3.5.2 实验材料与办法132-133

3.5.

2.1 数据收集与准备132-133

3.5.

2.2 预测性能与稳定性的评估从及统计分析办法133

3.5.3 结果与讨论133-142

3.5.1 激酶与磷酸酶的分类133-134

3.5.2 在84种真核生物中进行基因组尺度的激酶和磷酸酶的鉴定134-135

3.5.3 真核生物的激酶与磷酸酶的全貌135-136

3.5.4 激酶和磷酸酶家族的明显膨胀和收缩136-137

3.5.3.5 EKPD

1.0的开发和利用137-142

第4章 蛋白质中锌离子结合位点的预测及分析142-156

4.1 摘要142

4.2 实验材料与办法142-144

4.

2.1 数据准备与分析142-143

4.2.2 几何限定法(Geometric REstriction Approach,GRE)143-144
4.

2.3 性能评估与统计分析144

4.

2.4 开发在线服务144

4.3 结果与讨论144-156
4.

3.1 体系分析四残基和三残基锌离子结合之间的差异144-147

4.

3.2 几何限定法从预测锌离子结合位点147-149

4.

3.3 性能评价与对比149-150

4.

3.4 大规模的分析揭示锌离子结合的功能重要量150-156

参考文献156-182
致谢182-184
在读期间发表的学术论文与取得的其他探讨成果184-187