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谈述蛋白质蛋白质共价修饰与锌离子结合生物信息学查抄袭率

收藏本文 2024-04-14 点赞:7391 浏览:20695 作者:网友投稿原创标记本站原创

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,以及主链共价键在水解酶切的作用下发生断裂。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作用,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进展。尽管如此,由于实验探讨手段的限制以及相关数据的欠缺,只有少数几种共价修饰如蛋白质磷酸化得到了较为系统的探讨。由于传统的实验学策略鉴定蛋白质的共价修饰需要耗费大量的时间、精力与资源,通过计算预测与浅析来减少可能的靶标以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、高精度质谱技术以及高效分离与富集策略的快速进展极大地推动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及其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系统浅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浅析怎么写作。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以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。利用这些算法,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,以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,通过将吉布斯采样策略引入预测算法中,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怎么写作网站与本地化可安装的预测软件。除了开发预测工具以外,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,并结合蛋白质相互作用信息等数据构建了CPLA (Compendium of Protein Lysine Acetylation)数据库以整合乙酰化底物及其位点。利用这些数据,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浅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以及最近的一些探讨中得到了验证。针对泛素化以及类泛素化修饰,我们通过收集实验证实的修饰相关酶以及去修饰酶,结合隐马尔可夫模型和同源搜索计算策略,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。利用类似的策略,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以及进化浅析。利用预测工具,我们对共价修饰数据进行了更进一步的浅析。对酪氨酸硝基化和半胱胺酸亚硝基化进行系统浅析的结果表明,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比较而言更与离子转运、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系统浅析,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显著地少,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。进一步的统计浅析结果表明硫化和硝基化偏好于与磷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,结合计算预测与浅析策略,我们首次对Plk家族激酶介导的磷酸化调控进行了系统的浅析,指出其调控方式主要为分配式模型。统计浅析表明,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。进一步的计算浅析以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有着至关重要的作用。除了金属离子自身的生理作用以外,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浅析,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策略。通过与同类计算工具进行仔细的比较,该策略被证明是可靠有效的。利用该策略,我们对已有晶体结构的蛋白质进行了大规模计算浅析,其结果表明在进化历程中锌离子结合蛋白质显著更多地参与到高等生物的复杂生物学历程中来,并且显著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浅析。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系统浅析策略,并通过生化与细胞实验对计算结果予以证实。针对以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策略,并运用到大规模数据的浅析中。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以及蛋白质与金属离子结合引入新的快速进展阶段,以而更深入地探讨蛋白质共价修饰以及蛋白质与金属离子结合在生命活动的重要功能及其作用机制。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系统浅析论文蛋白质组论文预测软件论文数据库论文

    摘要5-8

    ABSTRACT8-16

    第1章 绪论16-42

    1.1 生物信息学介绍16-23

    1.1.1 生物信息学的定义17-19

    1.1.2 生物信息学的进展历程19-21

    1.1.3 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浅析42-98

    2.1 GPS系列算法预测蛋白质共价修饰,以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 实验材料与策略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 在线怎么写作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

    2.2.1 摘要49

    2.2.2 实验材料与策略49

    2.2.2.1 训练与测试数据的准备49

    2.2.2.2 算法、性能与稳定性评估以及预测软件的开发49

    2.2.3 结果与讨论49-54

    2.2.3.1 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

    2.2.3.2 一个新的模体长度选择算法以提升预测稳定性51

    2.2.3.3 比较GPS 2.1与GPS 2.051-52

    2.2.3.4 GPS 2.1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 实验材料与策略54

    2.3.2.1 数据准备54

    2.3.2.2 算法、性能与稳定性评估以及预测软件的开发54

    2.3.3 结果与讨论54-60

    2.3.3.1 用GPS 2.1算法开发GPS-CCD54-57

    2.3.3.2 比较不同的计算策略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 实验材料与策略60-61

    2.4.2.1 数据准备60

    2.4.2.2 算法、性能与稳定性评估以及预测软件的开发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 性能评价与比较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 实验材料与策略66-68

    2.5.2.1 数据准备66

    2.5.2.2 算法、性能与稳定性评估以及预测软件的开发66

    2.5.2.3 利用超几何分布进行统计浅析66-67

    2.5.2.4 利用Yates卡方检验进行比较浅析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 性能评价与比较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 实验材料与策略75-76

    2.6.2.1 数据准备75

    2.6.2.2 算法、性能与稳定性评估、预测软件的开发以及统计浅析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 大规模预测及浅析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 实验材料与策略80-81

    2.7.2.1 数据准备80

    2.7.2.2 算法、性能与稳定性评估、预测软件的开发以及统计浅析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 性能评价与比较83-84

    2.7.3.3 功能富集与多样性浅析84-87

    2.7.3.4 系统地预测有丝分裂相关的APC/C底物87-88

    2.8 利用GPS算法预测T细胞抗原表位88-98

    2.8.1 摘要88

    2.8.2 实验材料与策略88-89

    2.8.2.1 数据准备88-89

    2.8.2.2 算法、性能与稳定性评估以及预测软件的开发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以预测I-Ag7和HLA-DQ8结合肽段90-91

    2.8.3.3 预测性能评价与比较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系统浅析98-142

    3.1 赖氨酸乙酰化98-104

    3.1.1 摘要98

    3.1.2 实验材料与策略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 实验材料与策略104-105

    3.2.2.1 数据收集与准备104

    3.2.2.2 算法、性能与稳定性评估、预测软件的开发以及统计浅析104-105

    3.2.2.3 生物化学与细胞实验策略105

    3.2.3 结果与讨论105-118

    3.2.3.1 浅析Plk激酶家族并构建GPS-Polo软件105-107

    3.2.3.2 性能评价和比较107-109

    3.2.3.3 系统地预测和浅析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相互作用113-118

    3.3 酪氨酸硫化、硝基化与磷酸化的串扰118-125

    3.3.1 摘要118

    3.3.2 实验材料与策略118-119

    3.3.2.1 训练与测试数据的准备118

    3.3.2.2 算法、性能与稳定性评估、预测软件的开发以及统计浅析118-119

    3.3.3 结果与讨论119-125

    3.3.3.1 开发GPS-TSP以预测硫化位点119-120

    3.3.3.2 性能评价与比较120-121

    3.3.3.3 系统地浅析和比较硫化和硝基化功能的丰度和多样性121-123

    3.3.3.4 系统浅析硫化、硝基化和磷酸化之间的原位串扰123-125

    3.4 泛素化以及类泛素化相关酶125-132

    3.4.1 摘要125

    3.4.2 实验材料与策略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

    3.4.3.1 数据库利用127-130

    3.4.3.2 数据浅析、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 实验材料与策略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以及统计浅析策略133

    3.5.3 结果与讨论133-142

    3.5.3.1 激酶与磷酸酶的分类133-134

    3.5.3.2 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

    3.5.3.3 真核生物的激酶与磷酸酶的全貌135-136

    3.5.3.4 激酶和磷酸酶家族的显著膨胀和收缩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浅析142-156

    4.1 摘要142

    4.2 实验材料与策略142-144

    4.2.1 数据准备与浅析142-143

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

    4.2.3 性能评估与统计浅析144

    4.2.4 开发在线怎么写作144

    4.3 结果与讨论144-156

    4.3.1 系统浅析四残基和三残基锌离子结合之间的差别144-147

    4.3.2 几何限定法以预测锌离子结合位点147-149

    4.3.3 性能评价与比较149-150

    4.3.4 大规模的浅析揭示锌离子结合的功能重要量150-156

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