联合残基和残基对特征预测蛋白内部翻译后修饰位点间的相互作用

发布时间：2020-05-19 21:22

【摘要】：蛋白质翻译后修饰(Post-translational modification,PTM)之间的相互作用在调节蛋白质活性、细胞信号转导、基因表达以及蛋白质-蛋白质相互作用等生物学过程中发挥着至关重要的作用,研究这类相互作用有利于深入阐明由PTM介导的调控机制。通过实验方法检测PTM相互作用耗时费力,而计算方法的开发则有望弥补实验技术的不足。现有大多数的计算研究主要依赖于序列层面的残基关联特征来开发预测模型,忽略了PTM相互作用位点的结构信息和单个残基的特性,从而阻碍了预测精度的提升。因此,开发新算法以克服现有研究中的局限性显得至关重要。本研究提出了一种基于结构信息的算法(PTM Cross-Talk predictor,PCTpred)来提高预测PTM相互作用的准确性。该算法首先在蛋白质序列和结构层面设计了一系列残基关联特征(如共进化信息、共定位信息等)和独立残基特征(如致病性分数、拉普拉斯拓扑指标等),通过比较分析发现正负样本在基于残基对和残基的特征上均具有显著的差异。然后,利用前向特征选择技术保留了23个新引入的描述符和3个传统描述符,在此基础上分别开发了序列分类器PCTseq和结构分类器PCTstr,并通过权重联合构建了最终的预测模型。基于样本和蛋白层面的评价,PCTpred获得的曲线下面积分别为0.903和0.804。即使在去除样本中的距离偏好或使用模拟的蛋白结构作为输入,本算法的预测性能仍能得到维持或适度降低。对不同类型的PTM相互作用子集和文献收集的共修饰肽段进行测试,PCTpred依旧获得了良好的预测效果,从而展现出较强的泛化能力。与目前最优秀的算法相比,PCTpred在各种类型的评测中均能获得较高的预测精度。PCTpred的源代码和数据集可从以下链接获取https://github.com/Liulab-HZAU/PCTpred。
【图文】：

随后触发了 FOSL1 基因转录延伸的分子机制 (Zippo et al 2009)。根据 PTM 之间发生相互作用形式的不同，Hunter 将 PTM 相互作用划分为两类，正向或负向的相互作用，正向的相互作用定义为一个PTM位点作为添加或去除第二个PTM的信号，或作为第二个修饰位点结合蛋白的识别信号（图 1B 和 1C）(Hunter 2007)。比如许多磷酸化的发生依赖于其他氨基酸的泛素化或类泛素化 (Koepp et al 2001,Hietakangas et al 2006, Nguyen et al 2013)。负向的相互作用指的是两个 PTM 类型竞争同一个残基或一个 PTM 掩盖第二个 PTM 的识别位点从而抑制其添加或去除（图1A）。例如 p53 蛋白中 S149 位 O-乙酰葡萄糖胺糖基化的发生抑制了 T155 的磷酸化(Yang et al 2006)。综上所述，PTM 相互作用普遍存在于蛋白质内部或者蛋白质之间，并在调控各种生物学过程以及蛋白质功能方面发挥着非常重要的作用。因此，，研究 PTM 相互作用对于深入理解 PTM 的功能和作用模式显得至关重要。

华中农业大学 2019 届硕士研究生学位（毕业）论文对 PTM 相互作用和 2,161 对负样本具有三维结构信息并将这个数据集称为 Str-set。如图 2C 和 2D，通过对这 61 对相互作用的数据进行 PTM 类型和残基组成分析发现在乙酰化-甲基化、磷酸化-磷酸化、赖氨酸-赖氨酸以及赖氨酸-丝氨酸上数目较多。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q51

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本文编号：2671505