與DNA-RNA結(jié)合的蛋白質(zhì)及其殘基分析.pdf

1、蛋白質(zhì)和核酸是構(gòu)成生命體最為重要的兩類生物大分子,蛋白質(zhì)與DNA/RNA相互作用是許多細胞功能的核心,例如基因的調(diào)控與修復(fù),蛋白翻譯合成等。蛋白質(zhì)與DNA/RNA的相互作用是分子生物學(xué)研究的中心問題之一。 本文通過研究PDB數(shù)據(jù)庫中已有蛋白質(zhì)核酸復(fù)合物結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),分別統(tǒng)計分析了蛋白質(zhì)-DNA/RNA復(fù)合物以及非同源蛋白質(zhì)-DNA/RNA復(fù)合物中蛋白質(zhì)殘基各部分與核酸殘基各部分之間形成氫鍵結(jié)合的能力,發(fā)現(xiàn)在蛋白質(zhì)與核酸相互作用中氨

2、基酸的側(cè)鏈部分更傾向與核苷酸分子發(fā)生氫鍵結(jié)合,占到70％左右；在蛋白質(zhì)-DNA復(fù)合物中,核酸的磷酸基部分是最易與蛋白質(zhì)發(fā)生氫鍵結(jié)合(占到50％以上),其次是堿基部分(大約30％左右),最不易發(fā)生結(jié)合的是糖基部分(大約17％左右),而在蛋白質(zhì)-RNA復(fù)合物中,糖基部分則成為了最易結(jié)合部分(大約36％左右),磷酸基部分結(jié)合能力與糖基部分相當(大約35％左右),堿基部分則略低(大約28％左右)。此外我們分別對蛋白質(zhì)-DNA/RNA及非同源性蛋

3、白質(zhì)-DNA/RNA復(fù)合物中20種氨基酸與4種堿基相互結(jié)合的能力進行了統(tǒng)計分析,并以與堿基結(jié)合能力的大小對20種氨基酸的結(jié)合能力進行了排序,與此同時還分析了蛋白質(zhì)核酸復(fù)合物中210種蛋白質(zhì)二聯(lián)殘基與核酸發(fā)生共同結(jié)合的情況,以及4200種蛋白質(zhì)三聯(lián)殘基片段與核酸發(fā)生結(jié)合的情況,發(fā)現(xiàn)在兩種不同的復(fù)合物中,二聯(lián)共同結(jié)合殘基與三聯(lián)殘基結(jié)合片段情況有著顯著的差異。 蛋白核酸相互作用的機制是十分的復(fù)雜,目前對它們之間的作用機制的了解還十分

4、有限,單純的依靠傳統(tǒng)方法分析是無法解決這一問題。通過生物信息學(xué)中機器學(xué)習(xí)的方法可以有助于我們理解蛋白質(zhì)核酸相互作用的機制。本文中通過機器學(xué)習(xí)的方法對DNA結(jié)合位點進行了預(yù)測,首先我們對從蛋白質(zhì)殘基的物化信息、結(jié)構(gòu)信息、進化信息等13種特征中經(jīng)過局部優(yōu)化處理進行篩選,最終選取最優(yōu)的特征集(進化信息-PSSMs、二級結(jié)構(gòu)、最低自由能、等電點-PI),利用支持向量機(SVM)與隨機森林的方法(RF)分別進行預(yù)測分析,取得相近的較好預(yù)測效果,說

5、明選取的最優(yōu)特征集的確有助于分類預(yù)測分析。將我們的方法與前人SVM分類器預(yù)測效果進行比較,發(fā)現(xiàn)我們分類器其預(yù)測效果：準確率由70.31％上升到82.27％、敏感性由69.40上升到70.40％、特異性由70.47％上升到84.03％,說明我們選取的最優(yōu)特征集較其特征集(側(cè)鏈PKa值、相對分子量、疏水值)具有更好的分類效果。我們也比較我們的SVM分類器在獨立測試數(shù)據(jù)集中的表現(xiàn),取得相近預(yù)測效果。這說明我們的SVM分類器模型較可靠和穩(wěn)定。