生物信息学方法预测蛋白质相互作用网络中的功能模块

蛋白质相互作用是大多数生命过程的基础。随着高通量实验技术和计算机预测方法的发展,在各种生物中已获得了数目十分庞大的蛋白质相互作用数据,如何从中提取出具有生物学意义的数据是一项艰巨的挑战。从蛋白质相互作用数据出发获得相互作用网络进而预测出其中的功能模块,对于蛋白质功能预测、揭示各种生化反应过程的分子机理都有着极大的帮助。我们分类概括了用生物信息学预测蛋白质相互作用功能模块的方法,以及对这些方法的评价,并介绍了蛋白质相互作用网络比较的一些方法。     

节杆菌K1108乙内酰脲酶三维结构的模建和分析

利用同源模建技术,以节杆菌DSM3745乙内酰脲酶的晶体结构为模板,模建了节杆菌K1108乙内酰脲酶的三维结构。模建的节杆菌K1108乙内酰脲酶结构由一个中心的(α/β)g捅状结构域和富含β-折叠的结构域两个区域组成,富含β-折叠的结构域在中心(α/β)g捅状结构域的侧面,由分子的N端和C端组成。根据K1108乙内酰脲酶和其它酶在结构和活性部位的保守性,确定了K1108乙内酰脲酶的底物结合部位,并对酶的活性中心的特征进行了分析,对L-Hyd的底物选择性进行了解释。     

胰岛素受体胞外区三维结构的模建及结构功能关系

利用计算机辅助分子设计技术模建了人胰岛素受体α亚基N端三个结构域的空间结构。实验研究证明胰岛素受体结合胰岛素的主要决定要素在这三个结构域,在模建的结构中,三个结构域围成了一个很大的开放的空洞,这个空洞的体积大小足以容纳一个胰岛素分子,这个空洞可能就是胰岛素受体与底物的作用的部位,另外,突变实验研究表明在胰岛素受体中有一个结合底物的“footprint”,由4个在一级结构上不连续的片段组成,从三维结构角度看,这4个片段中,有3个出现在邻近的平行折叠股,在我们的模型中,胰岛素受体分子中有一个两性表面,这个表面位于L1结构域,并且面向三个结构域围成的空洞,这个表面可能就是受体识别胰岛素和与底物发生初始作用的部位。“foot-print”和两性表面的大部分残基是相同的。     

细菌黏附素序列模体分析

目的：认识细菌黏附素序列保守的特征,更好地理解细菌黏附的机理。方法：利用InterProScan、MEME等分析工具对实验确认的155条细菌黏附素序列进行模体搜索。结果：用InterProScan在155个黏附素序列中搜索到119个模体,通过MEME分析发现了50个模体。结论：发现了一些与黏附功能相关的模体,为在细菌基因组内搜索黏附素序列奠定了基础。     

在中国北方汉族人群中血管紧张素转换酶基因I/D多态与G蛋白beta3亚基基因C825T多态对原发性高血压的联合作用

原发性高血压是一种复杂的多基因疾病,被认为是多个变异了的基因遗传交互以及环境因素共同作用的结果.证据表明,血管紧张素转换酶基因和G蛋白beta3亚基基因各自都是重要的原发性高血压的易感基因,并且可能存在共同的通路来导致高血压疾病的发展.为了探索这两个基因在中国北方汉族人群中是否对高血压有影响,挑选血管紧张素转换酶基因I/D多态与G蛋白beta3亚基基因C825T多态,在一个包含502个高血压病例和490个健康对照的样本中做了关联研究.连锁不平衡分析揭示,仅仅在男性中有显著性的非随机性分布,表明血管紧张素转换酶基因与G蛋白beta3亚基基因倾向在男性中造成高血压.调整了的单位点的多变量逐步回归分析展示,在男性显性模型中DD/ID对Ⅱ的比值比达到显著性水平(OR1.57;95%CI,1.09～2.27;P=0.016).在对性别进行分层后的联合分析中,在男性中经过调整后的比值比具有弱显著性水平:在血管紧张素转换酶基因的DD基因型中,TT对CC的比值比是0.11;95%CI,0.01～0.99;P=0.049;在G蛋白beta3亚基基因的CC CT基因型中,DD/ID对Ⅱ的比值比是1.52;95%CI,1.01～2.29;P=0.047.结果暗示,血管紧张素转换酶基因或附近的某个基因是具有男性性别倾向的高血压易感侯选基因,同时,在血管紧张素转换酶基因基因的D等位基因和G蛋白beta3亚基基因的825C等位基因之间,可能存在具有上位效应的基因-基因相互作用.     

基于生物信息学的致病菌特有基因预测及分析

目的:利用生物信息学方法对致病菌特有基因进行大规模预测,同时探讨致病菌特有基因与致病菌毒力之间的关系。方法:构建致病性细菌蛋白质序列数据库和非致病性细菌蛋白质序列数据库,利用同源性比对的方法(BlastP工具)对致病菌特有基因进行预测;同时从文献中提取与致病菌毒力紧密相关的毒力因子,构建具有代表性的毒力因子分析库,对预测的致病菌特有基因进行比较分析。结果:在致病菌780310个基因中,预测了致病菌特有基因79166个,约占致病菌总基因的10.15%;预测的致病菌特有基因包含了构建的毒力因子分析库中的大部分毒力基因。结论:预测的致病菌特有基因与致病菌毒力紧密相关,大大减少了进一步在致病菌基因组中鉴定毒力基因时整个基因组的数据量。     

DNA芯片技术在食品病原体检测中的应用

病原体的存在,尤其是食品中的病原体,给人类健康带来了威胁。DNA芯片技术是一种非常有效的病原体检测工具,具有众多传统检测方法所不具备的优势,受到广泛关注。我们简要论述了DNA芯片在细菌病原体、寄生虫、病毒病原体、微生物耐药性等的检测中的应用,并进一步综述了DNA芯片技术在食品检测中存在的问题、解决方法及发展方向。     

生物胺受体配基结合区域及其位点的预测

生物胺受体被认为是一类重要的药物靶标,用生物信息学手段寻找它的配基结合位点并分析其功能,对于药物设计具有重要的指导意义。从整体上结合可变性、疏水性和保守性构建了受体的2D螺旋横切面模型,预测出其可能的配基结合区Ⅰ、Ⅱ,其中TM3、TM4以及TM7在配基结合中起关键作用,E-Ⅱ环也参与了配基结合这一过程,这是对以往普遍认为只有TM参与配基结合的延伸。从局部上寻找了生物胺受体及其子受体的motif,提出了父家族可变子家族保守motif概念,即父家族可变区中出现的子家族保守的motif最后结合整体与局部分析结果分析了各motif的功能,预测了行使配基结合功能的motif及其相应位点,结果证明与突变实验结果有很好的吻合度。     

在同源二聚体转录因子识别螺旋相对运动中发现平面摆动现象

目的:考察同源二聚体转录因子的2个识别螺旋在自由状态下和结合状态下相对运动的特征。方法:从蛋白质结构数据库(PDB)得到1R4I、3JXB、1KB2、1LE8等4个复合物结构文件,分别在自由状态和结合状态下用NAMD进行16 ns分子动力学模拟,将2个识别螺旋所成角分解为垂直偏移角和水平偏移角,并做散点图。结果:2个中心对称结合的同源二聚体转录因子在2种状态下,2个偏移角都相等;串联结合的同源二聚体在结合状态下2个偏移角相等。结论:同源二聚体转录因子识别螺旋相对运动存在平面摆动现象。     

蛋白质相互作用的生物信息学研究进展

生命过程的分子基础在于生物分子之间的相互作用,其中蛋白质分子之间的相互作用占有极其重要的地位。研究蛋白质相互作用对于理解生命的真谛、探讨致病微生物的致病机理,以及研究新药提高人们的健康水平具有重要的作用。用生物信息学的方法研究蛋白质的相互作用已经取得了许多重要的成果,但也有很多问题还需解决。本文从蛋白质相互作用的数据库、预测方法、可预测蛋白质相互作用的网上服务、蛋白质相互作用网络等几方面,对蛋白质相互作用的生物信息学研究成果及其存在的问题做了概述。