[發(fā)明專利]基于氨基酸-核苷酸成對偏好性信息的蛋白質(zhì)上與RNA結(jié)合模塊的預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710374897.8
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN108959852B
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李春華;馬夢琳;鞏衛(wèi)康;劉洋
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G16B30/00
• 分類號: G16B30/00;G16B40/00
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

基于氨基酸?核苷酸成對偏好性信息的蛋白質(zhì)上與RNA結(jié)合模塊的預(yù)測方法，屬于蛋白質(zhì)?RNA相互作用與識別技術(shù)領(lǐng)域。第一步，以蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)中的每個氨基酸殘基為中心，將與之有接觸的所有殘基劃分為一個模塊；然后剔除所有的不包含任何表面殘基的內(nèi)部模塊，保留至少含有一個表面殘基的表面模塊；第二步，對表面模塊定義三個參數(shù)：模塊的界面偏好性模塊內(nèi)部接觸面積Q和模塊溶劑可接近表面積A，計算三者的乘積值PPQA，并將模塊按照PPQA值由高到低進(jìn)行排序，排在前兩位的模塊被識別為蛋白質(zhì)上RNA可能的結(jié)合模塊。該方法識別非核糖體RNA結(jié)合單鏈蛋白質(zhì)上的結(jié)合模塊有很好的效果，成功率較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于蛋白質(zhì)-RNA相互作用與識別技術(shù)領(lǐng)域，是一種用于已知結(jié)構(gòu)的非核糖體RNA結(jié)合單鏈蛋白質(zhì)上RNA結(jié)合模塊的預(yù)測方法。

背景技術(shù)

蛋白質(zhì)與RNA相互作用參與生物體細(xì)胞多種重要的生理過程，如基因的表達(dá)調(diào)控、蛋白質(zhì)的合成和病毒的復(fù)制等。RNA分子的重要性被人們逐漸認(rèn)識，RNA既是信息分子，又是功能分子，在其眾多行為的發(fā)生中，如mRNA的轉(zhuǎn)錄、剪切、出核、定位、翻譯和降解等過程，RNA要和一系列蛋白質(zhì)結(jié)合并受它們的調(diào)控。更為重要的是，一些重大疾病的發(fā)生，如腫瘤、心血管疾病、自身免疫疾病、脆性X綜合癥(Fragile X Syndrome)和阿爾茨海默(Alzheimer)病等都與蛋白質(zhì)-RNA相互作用密切相關(guān)。因此，蛋白質(zhì)-RNA相互作用的研究及結(jié)合位點的預(yù)測對理解蛋白質(zhì)-RNA特異性識別的分子機(jī)制具有重要意義，并且能為分子對接和藥物設(shè)計提供幫助。

由于采用實驗方法預(yù)測蛋白質(zhì)-RNA的結(jié)合位點耗時且費力，因此近年來，研究者們開始著力于發(fā)展能夠準(zhǔn)確識別蛋白質(zhì)-RNA結(jié)合位點的理論計算方法。目前所提出的方法主要是在殘基水平的結(jié)合位點預(yù)測，采用蛋白質(zhì)一級序列和三維結(jié)構(gòu)的信息，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行識別。

基于序列的方法是直接從蛋白質(zhì)序列中提取特征，如氨基酸的進(jìn)化信息、物化特性、二級結(jié)構(gòu)、位置特異性打分矩陣(PSSMs)和3D基序，并采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Networks,ANNs)^[1,^2]、支持向量機(jī)(Support Vector Machines,SVMs)、貝葉斯分類器^[3-5]、隨機(jī)森林^[6,^7]或決策樹方法，來預(yù)測蛋白質(zhì)-RNA結(jié)合位點。基于序列的方法包括RNABindRPlus^[8]和PRIPU^[9]等。與基于序列的方法相比，基于結(jié)構(gòu)預(yù)測蛋白質(zhì)-RNA結(jié)合位點的方法是非常有限的，主要有DRNA-3D^[10]和RBRDetector^[11]，這主要是由于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)相對序列來說獲取較困難。

目前大部分結(jié)合位點預(yù)測方法是殘基水平的，且僅考慮蛋白質(zhì)表面氨基酸殘基的性質(zhì)，忽略了表面近鄰小區(qū)域內(nèi)(包括內(nèi)部殘基)氨基酸殘基間的相互作用和協(xié)同效應(yīng)。很多研究表明，蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用中，蛋白質(zhì)分子是一個通過殘基間各種相互作用共同維系的復(fù)雜系統(tǒng)，其結(jié)合界面殘基具有協(xié)同效應(yīng)：結(jié)合界面殘基與內(nèi)部殘基的相互作用包含了界面區(qū)域的信息^[12]，界面殘基往往聚集成簇^[13,14]、堆積密度相對較高^[15]，界面結(jié)構(gòu)是模塊化的、模塊內(nèi)殘基的內(nèi)聚性強(qiáng)、模塊間的耦合作用并不強(qiáng)^[15]。鑒于以上研究結(jié)果，2012年，我們研究小組針對蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，提出了一種能夠體現(xiàn)殘基間內(nèi)聚性的蛋白質(zhì)表面模塊劃分方案和結(jié)合模塊預(yù)測方法，簡稱PAMA^[16](Product of the solventaccessible Area Multiplied by the polyhedra contact Area)。PAMA方法是用來預(yù)測蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)合模塊的方法。該方法首先將蛋白質(zhì)表面模塊進(jìn)行劃分；給每個模塊一個參數(shù)，該參數(shù)是模塊內(nèi)殘基的溶劑可及表面積與內(nèi)部殘基間接觸面積的乘積；然后按照乘積值由大到小對模塊進(jìn)行排序，排在前面的模塊被認(rèn)為是界面模塊。