[發明專利]基于圓周統計的蛋白質折疊的表征方法及系統

有效

• 申請號: 201310683271.7
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103714264B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 魏彥杰;張慧玲;彭豐斌;孟金濤;馮圣中
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: G06F19/16
• 分類號: G06F19/16
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙)44316
• 代理人: 沈祖鋒,郝明琴

【技術領域】

本發明涉及生物信息學技術領域，特別涉及一種基于圓周統計的蛋白質折疊的表征方法及系統。

【背景技術】

神經退行性疾病給人類造成了巨大的社會和經濟負擔。比較常見的神經退行性疾病有老年癡呆、帕金森氏病、小腦萎縮癥、多聚谷氨酰胺疾病等。美國500多萬老年癡呆癥患者每年的花費是1830億美元；而中國的老年癡呆癥患者也在500-600萬之間。研究發現蛋白質折疊的研究對探索神經退行性疾病的致病機理意義重大；而且因有助于蛋白質分子藥物的設計，蛋白質折疊研究對“折疊病”的預防和治療也將起到重大的幫助作用。

傳統的蛋白質折疊的研究是基于笛卡爾坐標系；用該坐標系表示蛋白需要更多的變量；用角度坐標系來表示和研究蛋白質折疊也比較常用，但是由于角度周期性的特點，該方法的研究受到一些局限，效率和準確率均較低。因此，提出一種新的方法研究蛋白質折疊，提供效率及準確性，即可以更快研究蛋白質的折疊，也可以更準確描述蛋白質動態變化，從而研究相關神經退行性疾病的機理，成為亟待解決的問題。

【發明內容】

本發明的目的在于針對現有技術的上述缺陷，提供一種基于圓周統計的蛋白質折疊的表征方法，解決現有技術中蛋白質折疊研究效率和準確率較低的技術問題。

本發明的目的可通過以下技術措施來實現：

一種基于圓周統計的蛋白質折疊的表征方法，包括如下步驟：

步驟1：建立第一圓周統計模型，用角度方差V(a)=1-R(a)表征熱動力學漲落；建立第二圓周統計模型，用角度協方差表征熱動力學漲落；

步驟2：用第一圓周統計模型或第二圓周統計模型對待研究蛋白質序列構型中兩側鏈之間的氫鍵、兩主鏈之間的氫鍵及兩側鏈之間的二硫鍵進行熱動力學漲落分析；

步驟3：將待研究蛋白的能量力場分割為側鏈與主鏈的相互作用能量E_s-b、不同側鏈之間的相互作用能量E_s-s、不同主鏈之間的相互作用能量E_b-b；分析主鏈上第m個氨基酸殘基和第n個氨基酸殘基之間的側鏈相互作用能量的漲落，當漲落值大于預設鏈相互作用能量熱漲落閾值時，對第m個氨基酸殘基和第n個氨基酸殘基進行標記；

步驟4：分別用第一圓周統計模型和第二圓周統計模型分析不同側鏈之間的二面角相互作用熱漲落；當漲落值大于預設二面角相互作用熱漲落閾值時，采用第一圓周統計模型表征；當漲落值小于預設二面角相互作用熱漲落閾值時，采用第二圓周統計模型表征。

優選地，在步驟1之前還包括如下步驟：

導入一條待研究蛋白質序列的構型，給出氨基酸殘基個數，識別主鏈及側鏈，并分別對主鏈和側鏈進行編號，分別設定氫鍵熱漲落、鏈相互作用能量熱漲落及二面角相互作用熱漲落的閾值。

優選地，所述方法還包括如下步驟：

將待研究蛋白質的側鏈分類親水側鏈和疏水側鏈，并分別對親水側鏈和疏水側鏈進行標記，分別用第一圓周統計模型和第二圓周統計模型分析不同親水側鏈之間的二面角相互作用熱漲落、親水側鏈與疏水側鏈之間的二面角相互作用熱漲落、不同疏水側鏈之間的二面角相互作用熱漲落；當漲落值大于預設二面角相互作用熱漲落閾值時，采用第一圓周統計模型表征；當漲落值小于預設二面角相互作用熱漲落閾值時，采用第二圓周統計模型表征。

優選地，所述方法還包括：用第一圓周統計模型或第二圓周統計模型對待研究蛋白質序列構型中不同親水側鏈之間的二面角相互作用、親水側鏈與疏水側鏈之間的二面角相互作用、不同疏水側鏈之間的二面角相互作用進行熱動力學漲落分析。

優選地，所述步驟3還包括：

對待研究蛋白質序列上每個氨基酸殘基進行編號，分析不同氨基酸殘基之間的不同側鏈、不同主鏈或側鏈和主鏈之間的相互作用能量漲落。

本發明還提供了一種基于圓周統計的蛋白質折疊的表征系統，包括：

模型建立模塊，用于建立第一圓周統計模型和第二圓周統計模型，所述第一圓周統計模型用角度方差V(a)=1-R(a)表征熱動力學漲落；所述第二圓周統計模型用角度協方差表征熱動力學漲落；

化學鍵熱漲落分析模塊，用于用第一圓周統計模型或第二圓周統計模型對待研究蛋白質序列構型中兩側鏈之間的氫鍵、兩主鏈之間的氫鍵及兩側鏈之間的二硫鍵進行熱動力學漲落分析；

能量熱漲落分析模塊，用于將待研究蛋白的能量力場分割為側鏈與主鏈的相互作用能量E_s-b、不同側鏈之間的相互作用能量E_s-s、不同主鏈之間的相互作用能量E_b-b；以及