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摘要：蛋白质翻译后修饰转变蛋白质的生化特性，在细胞生理历程中发挥着举足轻重的作用。由于现有实验技术的局限性以及相关数据不足导致仅有很少的几种在翻译后修饰得到较为系统的探讨。传统的实验策略，如定点突变、质谱浅析和肽段文库等常常需要耗费大量的时间和精力，以而严重制约了相关探讨的进展。利用生物信息学的策略开展预测，能够有效的预测潜在修饰底物和位点，为进一步的实验验证提供有价值的参考信息。在过去的两年里，我的主要探讨工作是Caspase介导的切割修饰的生物信息学浅析。Caspase（Cysteine aspartic acid specific protease）为半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶，能够切割靶蛋白特定的天冬氨酸位点。Caspase在许多关键生物历程中起到了重要的作用，如细胞凋亡、分化、增殖、坏死和炎症。在哺乳动物中至少发现15种Caspases，根据结构和功能可分为三类。第一类为炎症相关Caspase（Caspase-1、-4、-5和-13）；第二类为启动凋亡Caspase（Caspase-2、-8、-9和10）；第三类为效应凋亡Caspase（Caspase-3、-6和-7）。目前虽然已有一些Caspase预测工具发表，但由于训练数据有限，其预测性能仍有待提升。本论文中，我们通过阅读科学文献，收集了580个实验验证Caspase底物的946个切割位点。利用位置特异性打分矩阵（PS）对这些数据进行训练，并利用“除一法”（Lee-one-out vapdation）等策略评估其预测性能，发现其特异性（Specificity）在85%、90%和95%时，相应的灵敏度（Sensitivity）分别为88.77%、84.76%和71.12%。与已有的工具相比，我们的策略获得了更高的准确性。我们利用Weblogo浅析了Caspases的切割位点，发现Caspase偏好识别D-E-V-D-（G/S/A）模体。我们对Caspases底物做了GO（Gene Ontology）浅析，发现了Caspases底物不仅与凋亡和炎症有着密切联系，还参与了很多的信号通路，并且Caspase底物主要集中在细胞质和细胞核中。此外，我们浅析并预测了Caspase-3特异性的底物和位点，其预测性能比已有的工具准确。虽然Caspase-3也偏好识别D-E-V-D-（G/S/A）模体，但相对于Caspase家族，其在P4、P3和P2位置上D、E和V的特点更强。最后，我们对六个物种进行了大规模预测，发现Caspase切割修饰在真核生物中广泛有着，并且随着物种由低等到高等，Caspase切割蛋白的比例逐渐增加。综上所述，我们对Caspase切割修饰所做的系统性浅析可为进一步的实验提供有用的数据资源，我们相信，生物信息浅析与实验验证的有机结合可将Caspase切割修饰的探讨带入一个新的进展阶段。关键词：蛋白质翻译后修饰论文Caspase论文Caspase切割修饰论文位置特异性矩阵论文
摘要4-6
Abstract6-10
1 绪论10-28
1.1 蛋白质翻译后修饰10
1.2 Caspase 家族蛋白酶的组成及底物10-14
1.3 Caspase 家族蛋白酶的结构与功能14-17
1.4 Caspase 触发凋亡信号转导途径17-20
1.5 Caspase 家族与其它调控基因20-22
1.6 细胞凋亡与疾病22-25
1.7 实验验证下游 Caspase 底物的策略25-26
1.8 相关预测软件26-28
2 材料与策略28-31
2.1 数据收集与整理28
2.2 利用 PS 矩阵打分28-29
2.3 性能评估29-30
2.4 统计显著性浅析30-31
3 结果与浅析31-47
3.1 利用 PS 实现 Caspase 非特异性性能的计算与浅析31-39
3.2 利用 PS 实现 Caspase 非特异性性能的计算与浅析39-47
4 讨论与展望47-50
4.1 大规模性预测六个物种的结果和浅析47
4.2 讨论47-48
4.3 展望48-50
致谢50-52