[發明專利]一種基于結構拓撲的G蛋白偶聯受體跨膜螺旋三維結構的預測方法

有效

• 申請號: 201310381447.3
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN103413068B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 呂強;吳宏杰;權麗君;李海鷗
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G06F19/16
• 分類號: G06F19/16
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛;汪青

1.一種基于結構拓撲的G蛋白偶聯受體跨膜螺旋三維結構的預測方法，其特征在于，所述預測方法包括：

（1）構建跨膜螺旋的結構拓撲模型：先構建G蛋白偶聯受體的7個跨膜螺旋的幾何結構拓撲模型，所述跨膜螺旋的幾何結構拓撲模型包括螺旋與螺旋之間的結構拓撲、螺旋與膜之間的結構拓撲；

（2）預測所述跨膜螺旋的結構拓撲模型，分為以下四個階段：

（21）第一階段為識別跨膜螺旋區域：根據G蛋白偶聯受體的序列信息預測出可能的跨膜螺旋區域；

（22）第二階段為優化跨膜螺旋間的相對位置：通過對第j個螺旋在空間位置上的平移，利用能量函數e對G蛋白偶聯受體構象進行能量計算，選擇能量最小的G蛋白偶聯受體構象，其中，1≤j≤7；

（23）第三階段為優化每個螺旋在膜內的自轉朝向：通過對所述第j個螺旋以螺旋軸為中心軸自轉i度，利用能量函數e對G蛋白偶聯受體構象進行能量計算，選擇能量最小的G蛋白偶聯受體構象；

（24）第四階段為優化每個螺旋與膜的傾斜角度：對膜平面法線與所述第j個螺旋的螺旋軸的夾角進行優化，利用能量函數e對G蛋白偶聯受體構象進行能量計算，選擇能量最小的G蛋白偶聯受體構象；

（3）Loop重建：用Loop片段插入連結所述7個螺旋，最后將G蛋白偶聯受體整體結構進行小幅度的優化。

2.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，步驟（1）中所述螺旋與螺旋之間的結構拓撲是所述螺旋在所述膜平面上的垂直投影，體現所述螺旋與螺旋之間的2D距離關系。

3.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，步驟（1）中所述螺旋與膜之間的結構拓撲體現所述螺旋與所述膜平面之間的幾何關系。

4.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，步驟（21）中識別跨膜螺旋區域的方法為：綜合六種主流跨膜螺旋識別方法，將所述六種主流跨螺旋識別方法的結果的平均值作為所述識別跨膜螺旋區域，所述六種主流跨螺旋識別方法為TopPred、UniProt、TMpred、HMMTOP、TMHMM、OCTOPUS。

5.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，對步驟（22）中優化跨膜螺旋間的相對位置引入2D位置約束，即所述7個螺旋的中心線與所述膜平面的交點位置約束，以文獻Nugent?T,Jones?dD?T.Predicting?transmembrane?helix?packing?arrangements?using?residue?contacts?and?a?force-directed?algorithm.PLoS?Comput?Biol,2009,6:e1000714的預測方法預測出的結果作為所述2D位置約束。

6.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，對步驟（24）優化每個螺旋與膜的傾斜角度引入傾斜角度約束，即所述螺旋相對所述膜平面法線的傾斜角度，以滿足30度為均值、6度為方差的高斯分布作為在所述傾斜角度優化時的約束。

7.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于，所述能量函數e為用于評價跨膜螺旋之間位置合理性的能量函數E與用于評價螺旋堆積成螺旋束時的緊密程度的能量函數E′之和，即e=E+E′，所述能量函數E為Rosetta的膜環境能量函數，所述能量函數E′為關于跨膜螺旋間的能量函數，當所述螺旋之間不發生碰撞時，E′越小，螺旋束越緊密，形成的構象就越合理；當所述螺旋之間發生碰撞時，所述能量函數E遠遠大于所述能量函數E′，所述能量函數E′相對于所述能量函數E來說可以忽略不計，所述能量函數e由能量函數E進行評價。

8.根據權利要求7所述的預測方法，其特征在于，所述能量函數E′由式（1）計算得到，

E′=(S-Smin)2Smin2S<Smin0Smin<S<Smax(S-Smax)2Smax2S>Smax---(1)]]>

式（1）中，S為所述螺旋與螺旋之間的結構拓撲模型中的任意兩個螺旋中點與這些中點的均值坐標所構成三角形的面積的面積和，S_min為從現有已知G蛋白偶聯受體中得到的面積最小值，S_max為從現有已知G蛋白偶聯受體中得到的面積最大值。