蛋白质甲基化修饰位点的计算识别与功能分析

发布时间：2018-03-26 08:20

本文选题：蛋白质翻译后修饰　切入点：甲基化　出处：《南昌大学》2017年硕士论文

【摘要】：蛋白质翻译后修饰(PTMs)在细胞的多种生理调控过程和功能方面发挥着重要作用,它能影响蛋白质的结构和功能。其中,蛋白质甲基化是一种常见且可逆的翻译后修饰,深入研究有助于理解其在细胞中的分子机制和各种功能作用。随着质谱技术在蛋白质组学方面的迅速发展,产生了大量的蛋白质甲基化数据,有利地推进了甲基化修饰的深入研究。虽然高通量实验技术在甲基化位点的鉴定上取得了较大成就,但实验方法仍然存在识别时间长、费用昂贵和产出较低等缺点。因此,非常有必要发展高效、可靠的理论计算方法识别和分析甲基化修饰。本文从蛋白质甲基化序列出发,结合多种特征编码方式并采用支持向量机进行机器学习,构建了多种类型的甲基化位点预测工具,并从遗传变异的角度分析研究了氨基酸突变对甲基化修饰的影响以及癌症疾病的潜在关联。主要工作总结如下:1.构建了物种特异性甲基化位点预测工具PSSMe。首先从常用蛋白质数据库和文献中收集来自多个物种的实验验证的甲基化数据,然后利用多种特征编码方式结合支持向量机(SVM)进行不同物种甲基化模型的训练。另外,为了提高预测的准确度,我们首次采用信息增益(IG)优化方法分析特征的重要性和贡献度,挑选出有价值的特征向量重新组成新的有序特征,用于构建最终的预测模型。经过训练测试,我们的方法优化特征之后相比单个特征显著提高了大约15%的预测准确度。此外,我们的预测性能与其他的甲基化预测工具比较有明显的提高。最终,应用Matlab和Asp.net联合编程构建了物种特异性甲基化位点预测平台PSSMe,服务网址为:http://bioinfo.ncu.edu.cn/PSSMe.aspx。2.基于序列信息和功能特征计算预测蛋白质中精氨酸和赖氨酸的不同类型的甲基化位点。蛋白质能被不同甲基转移酶催化形成不同类型的甲基化,根据添加甲基基团的数量,赖氨酸残基可以被催化形成单甲基、二甲基和三甲基以及精氨酸可以形成单甲基、对称二甲基和非对称二甲基类型的甲基化,而不同类型的甲基化参与的生物过程和功能作用也不一样。首先我们收集甲基化位点数据并按甲基化类型进行分类,然后采用序列信息特征、进化信息特征和功能信息特征结合支持向量机训练不同类型的甲基化模型。结果显示,功能富集能有效地识别不同类型甲基化,基于序列信息结合蛋白的功能信息对不同类型甲基化的预测性能显著提升。最后,我们构建了预测赖氨酸和精氨酸不同类型甲基化位点的在线网络平台,服务网址为:http://bioinfo.ncu.edu.cn/PrexMe.aspx。3.系统分析了蛋白质组范围内氨基酸变异对甲基化的影响以及对癌症疾病的潜在关联。首先收集了人类甲基化数据和癌症疾病相关的氨基酸变异数据,基于先前构建的甲基化预测工具PSSMe,对发生癌症变异前后的蛋白进行一一预测,定义氨基酸变异改变甲基化状态的位点为:与甲基化相关的癌症氨基酸变异(methyCMs)。本文总结了三种不同类型的变异情况,并基于预测数据从突变氨基酸的发生情况、变异位点的无序打分和进化保守打分,和对变异蛋白的亚细胞定位及富集功能与通路等方面深入分析癌症变异蛋白。这将有助于理解甲基化相关的癌症突变基因参与调节生物过程以及如何影响癌症疾病的发生,为后续的研究甲基化与癌症关联的实验提供理论指导。同时,我们开发了氨基酸变异对甲基化影响的在线服务网站,http://bioinfo.ncu.edu.cn/PSSMe-CMs_Home.aspx.。
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【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R3411;O629.73

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