蛋白质-适配体相互作用预测的方法

蛋白质与适配体间的相互作用广泛存在于生物体,且在各种生命活动中发挥着重要作用。核酸适配体(简称适配体)是与靶标具有高亲和力的、长度大约在30~80 nt的核苷酸链,其与蛋白质的特异性结合对于疾病的靶向治疗研究具有重要意义。随着大数据和人工智能的发展,基于生物信息学的蛋白质-适配体相互作用预测及适配体筛选的计算方法的实现能有效解决传统实验方法的周期长、费用高等问题。本文就蛋白质-适配体相互作用预测实现方法和以蛋白质为靶标的适配体的筛选方法作一综述,以期为临床选择适合的预测方法提供参考。

蛋白质相互作用预测、设计与调控

蛋白质相互作用是生命活动在分子水平上的基本事件.蛋白质相互作用的三维图像可以给出关键生命活动过程的分子细节.了解蛋白质相互作用的原理有助于揭示生命活动的机制,并在此基础上开展有重要价值的蛋白质设计.本文对于蛋白质相互作用预测、设计和调控研究的近期进展进行了总结归纳,介绍了作者实验室在相关领域的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望.主要包括:(1)蛋白质相互作用网络、蛋白质相互作用机制和蛋白质复合物结构计算分析;(2)基于序列、结合位点以及复合物结构的蛋白质相互作用预测;(3)蛋白质相互作用设计方法;(4)利用化学分子调控蛋白质相互作用的方法;(5)针对蛋白质相互作用的蛋白质药物设计方法.

核磁共振技术在蛋白质-配体相互作用研究中的应用

蛋白质与配体的相互作用在生物分子的识别和信号传递过程中起着非常重要的作用,其对药物设计和筛选都有重要的科学意义。核磁共振技术已经成为研究蛋白质-配体相互作用的一种重要方法。本文简要介绍了核磁共振技术在蛋白质与配体之间的相互作用方面的发展状况和应用。通过介绍蛋白质或配体与复合物的化学交换类型以及所能获得的有关蛋白质-配体相互作用的信息,应用核磁共振技术来研究其动力学等信息。

基于核酸适配体的微流控芯片酶反应器用于蛋白质的分析

将核酸适配体作为胰蛋白酶固定化介质,制备了一种新型的微流控芯片酶反应器,并与高效液相色谱-串联质谱联用,搭建了在线分析平台;分别使用标准蛋白及混合蛋白样品对芯片的酶解效率及联用平台的分析能力进行了初步评价。结果表明,5 ng肌红蛋白经该平台分析后肽段覆盖率可达到37%;对500 ng混合蛋白进行3次平行分析,肽段覆盖率及相对标准偏差分别为44.3%、6.5%(牛血清白蛋白),65.0%、2.7%(肌红蛋白)和62.0%、5.6%(细胞色素c);初步实验表明,该在线分析平台具有检测灵敏度高、重现性好、酶解效率高的特点,有望在蛋白质组学分析中发挥重要作用。

蛋白质-配体分子对接中构象搜索方法

分子对接是研究蛋白质-配体分子间相互作用与识别的有效方法。分子间的相互作用过程中形成的近天然构象是结合自由能极低的构象,快速且准确搜索能量极低的构象对于蛋白质-配体分子对接至关重要。本文回顾了蛋白质-配体分子对接中主要的构象搜索算法,包括快速穷举搜索、启发式搜索和其他搜索方法,并列举了采用不同搜索算法的代表性分子对接软件。其次,介绍了蛋白质-配体分子对接的国际评估实验、常用的测试标准库和评价的重要指标。最后,分析并指出了当前蛋白质-配体对接构象搜索方法所存在的主要问题,并对未来的工作进行了展望。

虎杖提取物中白藜芦醇的定性定量分析及其与β-乳球蛋白相互作用的质谱研究

目的：通过构建高效液相色谱-四极杆-时间飞行（HPLC-Q-TOF）高分辨质谱方法定性地鉴定虎杖醇提物的主要组分，对其中的活性成分白藜芦醇含量进行定量分析，并用电喷雾质谱法（ESI-MS）首次研究白藜芦醇与β-乳球蛋白的相互作用。方法：定性分析采用高效液相色谱-四极杆-时间飞行（HPLC-Q-TOF）高分辨质谱方法，使用AgilentZORBAXEclipseXDB-C18柱（2．1×150mm，5-Micron），流动相为甲醇-水溶液，梯度洗脱：0～30min10％～90％甲醇，30．40min90％甲醇，40～60min90％～10％甲醇，柱温：40℃，进样量：2μL，流速：0．2mL／min-1，虎杖醇提物采用HPLC-Q-TOF负离子检测模式。结果：由高效液相分离和质谱特征负离子的精确质量解析，共鉴别出虎杖中13种化合物，测定出实验所用虎杖中白藜芦醇的含量为1．181mg／g，观测到白藜芦醇与β-乳球蛋白能形成稳定的蛋白复合物。结论：该方法定性分析了虎杖醇提物中主要药用成分，首次利用ESI-MS法研究了β-乳球蛋白与白藜芦醇的相互作用，检测到两者能有效形成稳定的蛋白复合物，有助于开发一种新的途径以提高白藜芦醇的稳定性和生物利用率。

识别蛋白质配体绑定残基的生物计算方法综述

蛋白质与配体相互作用在生命过程中是普遍存在且不可或缺的,这种相互作用在生物分子的识别和信号传递过程中起着非常重要的作用。识别出蛋白质与配体相互作用的绑定残基对蛋白质功能研究、药物设计和筛选都有着重要的科学意义,而生物计算方法是蛋白质与配体绑定残基预测研究中的一种重要手段。本文首先给出了蛋白质与配体相互作用的绑定残基的一般性定义;其次,总结出了一种蛋白质与配体绑定残基预测方法的分类体系,并对其中一些代表性的预测方法进行了简要阐述;再次,给出了蛋白质与配体绑定残基预测研究中常用的数据库和评价指标,并通过在相关数据集上进行实验比较了具有代表性的预测方法的性能;最后,对若干挑战性问题进行分析并预测该领域未来的研究方向,以期对相关研究提供一定的参考。

基于随机游走的蛋白质功能预测算法设计与实现

在构建蛋白质相互作用网络时从通路数据出发,利用通路数据整合蛋白质相互作用网络。提出了一个基于随机游走的蛋白质功能预测方法,在该算法中把已知功能的蛋白质当作起始点,对于随机游走在蛋白质互作网络中产生的邻居信息,转换为注释模式信息,并根据已知功能的蛋白质的功能来提取未知功能蛋白质的注释模式。利用传统的K近邻算法从训练样本集中找到未知功能蛋白质的k个最近邻。最后,结合多标签分类的K近邻算法,统计k个近邻中蛋白质的功能类数目,基于最大后验概率预测未知功能蛋白质属于的功能标签类。通过在构建蛋白质互作网络进行实验,结果表明提出的方案能够有效地进行蛋白质功能预测。

分子模拟研究蛋白质β-折叠区结合随机RNA片段

选取来源于大肠杆菌O157:H7全基因组DNA序列随机转录的3条RNA片段,通过RNAComposer进行结构预测,30个核苷酸的RNA片段均形成了特定的空间结构,构象与碱基排列的序列特异性有关。NPDock可用于RNA-蛋白质相互作用的分子模拟预测,蛋白质的β-结构相对α-螺旋更容易裸露出特定氨基残基的特异性侧链基团,从而易于结合抗原等配体。

基于支持向量机集成的蛋白质与维生素绑定位点预测

在蛋白质与维生素绑定位点预测问题中,小类样本和大类样本之间存在显著的不平衡性,传统的机器学习方法将不再适用。针对此问题,在多重随机下采样的基础上结合支持向量机(SVM)集成来预测蛋白质与维生素的绑定位点,采用了一种改进的Ada Boost集成方法,称为MAda Boost集成。通过实验比较了不同的集成策略,其中MAda Boost集成效果最优。实验结果表明,采用随机下采样结合SVM集成将有效提高蛋白质维生素绑定位点预测的精度。

非变性离子淌度质谱在蛋白质结构及构象疾病研究方面的应用

离子淌度质谱技术可以分离空间尺寸或构象不同的离子,能够在近似生理条件下表征蛋白质及其复合物的构象,可提供蛋白质及其复合物的构象稳定性及异质性、化学计量比等多重信息,已成为蛋白质构象及蛋白质-配体相互作用研究的重要手段。非变性离子淌度质谱还具有灵敏捕获蛋白质构象动态转变的特点,适用于低浓度、高异质性的蛋白混合物分析。本文综述了离子淌度质谱的基本原理、获取数据及信息形式、以及在蛋白质构象及蛋白质-配体相互作用研究领域的应用进展,重点关注其在蛋白质错误折叠、聚集动力学及与配体相互作用的应用研究。

蛋白质-配体相互作用信息数据库研究进展

研究蛋白质和配体相互作用的结构和亲和力,不仅有助于了解蛋白质的功能,而且对药物研发以及药物作用机制的研究,也具有十分重要的意义。目前,人们通过人工检索和半自动检索的方式,从文献和蛋白质数据库(ProteinDataBank,PDB)中获得了许多蛋白质-配体亲和力信息和生物相关配体信息,并构建了许多蛋白质-配体相互作用的信息数据库。对3个蛋白质-配体亲和力数据库和6个蛋白质晶体结构-配体生物相关性数据库进行介绍,并对其主要应用进行简述,希望能为实现高效准确地筛选和设计药物提供一定的帮助。

蛋白质-蛋白质界面热点残基预测及其在线工具

蛋白质-蛋白质结合热点是界面中对结合自由能有着显著贡献的一小簇残基。捕捉和揭示这类热点残基可以加深对蛋白质间相互作用机制的理解,为蛋白质工程和药物设计提供指导。但实验技术费时费力且代价昂贵。计算工具可用于辅助和补充实验上的尝试。该文较详细、系统地介绍了蛋白质界面热点的特性、计算预测的策略与技术,并应用实例进一步说明这些方法学的特征;还介绍了界面热点的数据库和一些主要的在线预测工具,旨在为设计、挑选和应用这类工具解决特定问题的研究人员提供指南。

FasL相关蛋白SH3P12影响FasL细胞膜表达效应研究

目的研究FasL相关蛋白SH3P12对FasL表达的影响。方法构建SH3P12真核细胞表达载体,并与FasL共同短暂表达于人胚肾细胞293T细胞。以免疫共沉淀和免疫印迹法确定目的蛋白之间的相互作用,以免疫荧光染色结合激光共聚焦显微镜观察SH3P12与FasL在细胞内表达。结果在转染的293T细胞中,SH3P12与FasL可形成免疫共沉淀的蛋白-蛋白复合物。荧光蛋白标记结合显微镜观察提示在无SH3P12存在时,FasL主要分布于293T细胞膜,并伴随部分蛋白表达在细胞内高尔基体或内含体样颗粒中；在有SH3P12存在时,FasL与SH3P12形成复合体,共同定位于细胞膜,此时细胞内表达FasL量明显降低。结论SH3P12为FasL细胞内结合蛋白,其生物学活性可能为稳定FasL在细胞膜上的表达。

PAK4抑制剂作用模式的分子模拟研究

目的分析PAK4(p21-活化激酶4)与抑制剂的相互作用模式,指导PAK4抑制剂的开发。方法基于PAK4的晶体结构及抑制剂的结构,利用分子对接和分子力场分析方法,探讨PAK4与抑制剂的相互作用模式。结果与结论确定了PAK4与抑制剂的作用模式,可以指导抑制剂的设计,用于开发抗肿瘤药物。

溃疡性结肠炎差异表达基因及中药预测的生物信息学分析

通过生物信息学技术分析比较溃疡性结肠炎(UC)患者与健康人的基因芯片数据,初步筛选UC的差异表达基因,进而预测治疗UC的潜在中药药物。从基因表达数据库(GEO)下载GSE36807基因芯片,使用R语言分析得到上调和下调的差异表达基因,通过String数据库、Cytoscape软件及其插件分析得到差异表达基因的核心基因,对核心基因进行基因本体及京都基因与基因组百科全书分析,通过核心基因与医学本体信息检索平台(Coremine Medical)相互映射,筛选治疗UC的中药。筛选出648个差异表达基因,包括251个下调基因和397个上调基因。上调差异表达基因共得出15个核心基因,包括CXCL8,IL1B,MMP9,CXCL1,CXCL10,CXCL9,CXCL2,CXCL5,TIMP1,CXCL11,STAT1,LCN2,IL1RN,MMP1,IDO1;其生物过程与通路主要富集在白细胞介素、趋化因子配体和细胞因子、趋化因子介导的信号通路,与炎症反应、防御反应、细胞趋化性、分泌颗粒、IL17信号通路、Toll样受体信号通路、NOD样受体信号通路、TNF信号通路等密切相关。治疗UC的潜在中药药物有姜黄、黄连、黄芩、石斛、地榆、黄柏、白及、苍术等。差异表达基因和核心基因的分析促进了对UC发病机制的理解,该研究为UC中药干预的新药开发提供了潜在基因靶标与研发思路。

小分子探针生物分析领域获新进展

中科院长春应化所电分析化学国家重点实验室于聪课题组通过系统考察平面芳环有机小分子探针的荧光特性及其与生物大分子间的相互作用，合成了具有独特的可P—P紧密堆积的荧光生色团的阳离子二萘嵌苯衍生物．并利用核酸适配体可以诱导探针分子集聚导致荧光猝灭的现象，及适配体与蛋白质间的特异性相互作用对探针自组装集聚的精细调控，构建了一种检测蛋白质的新方法。