基于結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點分析.pdf

1、基因是遺傳信息的物理和功能單位，基因功能的體現(xiàn)取決于其結(jié)構(gòu)和表達調(diào)控狀況。基因表達的調(diào)控就是把這些基因結(jié)構(gòu)變換成多種多樣基因功能的操作者。因此基因表達調(diào)控研究對揭示生命的奧秘具有重大意義。mRNA轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控是調(diào)控的基本控制點，也是最重要的一環(huán)，其實質(zhì)是轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合相應(yīng)的調(diào)控元件，影響了RNA聚合酶的活性，從而影響了基因的轉(zhuǎn)錄水平。針對目前國際上從結(jié)構(gòu)角度研究較少的情況，本文從蛋白-核酸復(fù)合物的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)出發(fā)，分析氨基酸-堿基作用對，探索

2、轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點的預(yù)測方法。 本文從PDB大分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中查尋出所有記錄的蛋白-核酸復(fù)合物。利用復(fù)合物作用力計算軟件，對這些蛋白-核酸復(fù)合物的三維空間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行處理，得到復(fù)合物中可能存在的氨基酸側(cè)鏈同核酸之間的作用對。然后依據(jù)SWISSPROT數(shù)據(jù)庫對蛋白的注釋，分成與調(diào)控過程相關(guān)的復(fù)合物集合和與調(diào)控?zé)o關(guān)的復(fù)合物集合。我們對蛋白-核酸復(fù)合物中的氨基酸側(cè)鏈同核酸之間的作用對(包括氫鍵跟非鍵作用)進行統(tǒng)計分析。通過分析DNA跟轉(zhuǎn)

3、錄因子的氨基酸殘基作用的局部環(huán)境信息，發(fā)現(xiàn)一些三聯(lián)或者五聯(lián)殘基片段總是結(jié)合DNA，因此我們提出猜想：在轉(zhuǎn)錄相關(guān)的蛋白-核酸復(fù)合物中，氨基酸殘基環(huán)境或者堿基環(huán)境在一定程度上決定了中央殘基或者堿基是否為作用位點。 對非冗余的蛋白-核酸復(fù)合物數(shù)據(jù)集進行數(shù)據(jù)處理，提取結(jié)合序列和作用位點信息，用機器學(xué)習(xí)的方法初步探索了蛋白同核酸作用的結(jié)合模式。建立了一個反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，充分利用蛋白同核酸結(jié)合的信息，不斷調(diào)整參數(shù)，反復(fù)進行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，對DN

4、A結(jié)合蛋白的結(jié)合殘基進行了預(yù)測，發(fā)現(xiàn)局部環(huán)境信息能夠以65.85％的NP較好地預(yù)測給出蛋白的結(jié)合殘基。我們用支持向量機對結(jié)合堿基進行預(yù)測，選擇不同窗寬和參數(shù)對數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練和預(yù)測，并與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進行比較，發(fā)現(xiàn)11個窗口長度的堿基環(huán)境的預(yù)測性能相對較好。使用徑向基核函數(shù)，支持向量機成功預(yù)測為結(jié)合堿基的比例能達到89.72％，敏感性能達到66.71％。最后，我們對兩種方法進行了比較，發(fā)現(xiàn)支持向量機預(yù)測結(jié)合堿基較為成功。 本文利用蛋白