基于氨基酸序列预测蛋白质功能性点突变位点

突变是研究蛋白质结构和功能的重要方法。点突变实验中,突变位点的选择随机性大,若能对突变后蛋白质功能是否发生变化做出预测,将大大减少实验的盲目性。为此,作者设计了一个基于信号处理的单点替换突变预测模型,对序列上每个位点所有可能的氨基酸替换的效果进行估计。使用蛋白质突变数据库(Protein Mutant Database,PMD)里的11个蛋白共2600多个点突变的数据集,对以上模型进行了验证。结果表明正确率高达81.2%,并且推荐出的替换选择位点仅占所有可能替换突变的3.1%。在体外定点突变实验中,使用本模型推荐的高可能性功能突变位点将有助于提高实验的成功率。该模型使用蛋白质的氨基酸序列信息,特别是对未知结构的蛋白质同样适用。然而,由于缺乏足够的突变实验数据,本模型的应用仍需进一步完善和验证。     

人肌球蛋白7A基因非同义单核苷酸多态性位点潜在致聋突变的预测分析

目的:人肌球蛋白7A(MYO7A)基因是遗传性耳聋分子筛查的候选基因之一。从已知的MYO7A非同义单核苷酸多态性(ns SNPs)位点数据库中筛选可能与致病表型相关的ns SNPs位点,以提高MYO7A基因耳聋分子诊断的有效性和准确率。方法:首先,从NCBI数据中心的db SNP数据库(db SNP)和Deafness Variation Database数据库获得MYO7A基因的SNPs数据和基因的相关信息;然后,通过SIFT、Poly Phen-2、PANTHER、Ph D-SNP、Mutation Taster、SNPGO和Mut Pred软件进行ns SNPs表型致病性分析,预测潜在致病位点;接着,应用Clustal X2和Gene Doc软件进行同源氨基酸序列比对,分析潜在致病的ns SNPs位点保守性;最后,应用Swiss Model平台选择性地对某些突变蛋白质的三维结构进行建模,并分析结构域的变化。结果:预测出MYO7A的104个高风险致病的ns SNPs位点,包括25个已报道的耳聋相关ns SNPs位点;高风险致病的ns SNPs位点中,有42个位于肌球蛋白马达(myosin motor)结构域,其中12个预测有致病风险的ns SNPs位点与MYO7A基因致聋的突变研究报道一致。肌球蛋白马达结构域中包含30个新预测的潜在致病性ns SNPs位点,其中仅L366P位点在7个预测软件中具有高度一致性。通过对L366P位点位点突变前后的三维模型构建,发现存在蛋白结构的改变,且同源性比对结果显示了该位点的高度保守性。结论:MYO7A的L366P为潜在高风险致病性ns SNP位点,推测该基因突变可能与耳聋表型相关。本研究所采用的分析筛选方法对MYO7A基因突变的临床筛查及其他致病基因的ns SNPs筛选具有重要的参考价值。     

人GJB2分子进化与耳聋遗传效应的关联性分析

间隙连接蛋白β2(GJB2)基因突变与遗传性非综合征性耳聋密切相关,其广泛的突变类型及特异性的热点突变被认为是一种独特的致聋基因。本研究应用生物信息学方法对17个物种的GJB2蛋白进行了系统发育、保守性、跨膜区结构、三维结构和错义突变的分析,并结合已有报道的实验结果进行关联性分析。分析预测获得了166个固定的氨基酸位点、2个非保守区以及2个空间结构保守位点;关联性分析证实发生在保守位点的突变致病性高,非保守区突变的概率致病性小,跨膜区且改变氨基酸性质的突变,可能影响蛋白的空间结构而改变膜通道的通透性。本文为进一步研究GJB2基因突变与聋病的关联性及分子发病机制提供了理论依据,同时,这种研究思路对其它疾病的相关研究具有一定的借鉴价值。     

人耳聋相关基因GJB3的结构特征及生物信息学分析

目的：对问隙连接蛋白Cx31编码基因GJB3的编码区进行生物信息学预测和分析。方法：利用C1ustalW2、MEGA5．05和VMDl．9等生物信息学软件对GJB3的保守性、系统进化、三维空间结构和错义突变角度进行分子结构预测和功能分析。结果：系统进化树的构建验证了脊椎动物各纲亲缘关系远近;保守性分析为GJB3致病性突变少于GJB2提供了可能的原因;三维结构预测和错义突变分析解释了GJB3突变的致病性机制。结论：对GJB3基因及其蛋白结构和功能的分析将为后续实验研究奠定基础。     

基于位置特异性谱和输入加权神经网络的蛋白质亚细胞定位预测

蛋白质必须处于正确的亚细胞位置才能行使其功能。文章利用PSI-BLAST工具搜索蛋白质序列,提取位点特异性谱中的位点特异性得分矩阵作为蛋白质的一类特征,并计算4等分序列的氨基酸含量以及1～7阶二肽含量作为另外两类特征,由这三类特征一共得到蛋白质序列的12个特征向量。通过设计一个简单加权函数对各类特征向量加权处理,作为神经网络预测器的输入,并使用Levenberg-Marquardt算法代替传统的EBP算法来调整网络权值和阈值,大大提高了训练速度。对具有4类亚细胞位置和12类亚细胞位置的两种蛋白质数据集分别进行＂留一法＂测试和5倍交叉验证测试,总体预测精度分别达到88.4%和83.3%。其中,对4类亚细胞位置数据集的预测效果优于普通BP神经网络、隐马尔可夫模型、模糊K邻近等预测方法,对12类亚细胞位置数据集的预测效果优于支持向量机分类方法。最后还对三类特征采取不同加权比例对预测精度的影响进行了讨论,对选择的八种加权比例的预测结果表明,分别给予三类特征合适的权值系数可以进一步提高预测精度。     

基于贝叶斯网络的DNA序列剪接位点预测

采用基于贝叶斯网络的建模方法,预测真核生物DNA序列中的剪接位点．分别建立了供体位点和受体位点模型,并根据两种位点的生物学特性,对模型的拓扑结构和上下游节点的选择进行了优化．通过贝叶斯网络的最大似然学习算法求出模型参数后,利用10分组交互验证方法对测试数据进行剪接位点预测。结果显示,受体位点的平均预测准确率为92．5％,伪受体位点的平均预测准确率为94．0％,供体位点的平均预测准确率为92．3％,伪供体位点的平均预测准确率为93．5％,整体效果要好于基于使用独立和条件概率矩阵、以及隐Markov模型的预测方法．表明利用贝叶斯网络对剪接位点建模是预测剪接位点的一种有效手段．     

基于进化信息改进蛋白质定点突变稳定性预测准确率

定点突变后蛋白质稳定性的增加还是降低,是分子生物学和蛋白质工程的核心问题之一,也是目前生物信息学研究的重要领域。基于蛋白质序列信息对蛋白质定点突变后的稳定性进行预测的方法,因其简易、适用面广而得到广泛的研究应用。通过对编码策略（coding schemes）的探索,发现不同编码策略对预测准确率有较大影响,并发现基于进化信息的BLOSUM打分矩阵可以用于蛋白质定点突变稳定性预测,具有较高的预测准确率。应用基于BLOSUM62打分矩阵的神经网络（ANN）和支持向量机（SVM）算法,可以改进蛋白质定点突变后稳定性的预测,而且ANN+ BLOSUM62在1623条序列的数据集上的实测结果优于目前国际通用的几款预测 软件。     

用支持向量机预测人类基因5’／3’选择性剪切位点

选择性剪切是调解基因表达的重要机制.识别选择性剪切位点是后基因组时代的一个重要工作.本文从最新的EBI人类基因选择性剪切数据库中,选取5＇/3＇选择性剪切位点作为正集,选取在剪切位点附近的假剪切位点作为负集,并把所有的选择性剪切位点和假剪切位点随机分成训练集和测试集.本文选用的预测选择性剪切位点的方法是基于位置权重矩阵和离散增量的支持向量机方法.此方法仅基于训练集,以不同位点的单碱基概率和序列片断的三联体频数作为信息参数,利用位置权重矩阵和离散增量算法结合支持向量机,得到了选择性供体位点和受体位点的分类器,并用此分类器对测试集中的选择性供体位点和受体位点进行预测.对独立测试集中的选择性供体位点和选择性受体位点的预测成功率分别为88.74%和90.86%,特异性分别为85.62%和81.19%.本文预测选择性剪切位点的方法成功率高于其它选择性剪切位点预测方法预测成功率,此预测方法进一步提高了对选择性剪切位点的理论预测能力.     

用支持向量机预测人类基因5'/3'选择性剪切位点

选择性剪切是调解基因表达的重要机制.识别选择性剪切位点是后基因组时代的一个重要工作.本文从最新的EBI人类基因选择性剪切数据库中,选取5＇/3＇选择性剪切位点作为正集,选取在剪切位点附近的假剪切位点作为负集,并把所有的选择性剪切位点和假剪切位点随机分成训练集和测试集.本文选用的预测选择性剪切位点的方法是基于位置权重矩阵和离散增量的支持向量机方法.此方法仅基于训练集,以不同位点的单碱基概率和序列片断的三联体频数作为信息参数,利用位置权重矩阵和离散增量算法结合支持向量机,得到了选择性供体位点和受体位点的分类器,并用此分类器对测试集中的选择性供体位点和受体位点进行预测.对独立测试集中的选择性供体位点和选择性受体位点的预测成功率分别为88.74%和90.86%,特异性分别为85.62%和81.19%.本文预测选择性剪切位点的方法成功率高于其它选择性剪切位点预测方法预测成功率,此预测方法进一步提高了对选择性剪切位点的理论预测能力.     

用支持向量机预测人类基因5′/3′选择性剪切位点

选择性剪切是调解基因表达的重要机制。识别选择性剪切位点是后基因组时代的一个重要工作。本文从最新的EBI人类基因选择性剪切数据库中,选取5′/3′选择性剪切位点作为正集,选取在剪切位点附近的假剪切位点作为负集,并把所有的选择性剪切位点和假剪切位点随机分成训练集和测试集。本文选用的预测选择性剪切位点的方法是基于位置权重矩阵和离散增量的支持向量机方法。此方法仅基于训练集,以不同位点的单碱基概率和序列片断的三联体频数作为信息参数,利用位置权重矩阵和离散增量算法结合支持向量机,得到了选择性供体位点和受体位点的分类器,并用此分类器对测试集中的选择性供体位点和受体位点进行预测。对独立测试集中的选择性供体位点和选择性受体位点的预测成功率分别为88．74%和90．86%,特异性分别为85．62%和81．19%。本文预测选择性剪切位点的方法成功率高于其它选择性剪切位点预测方法预测成功率,此预测方法进一步提高了对选择性剪切位点的理论预测能力。     

脂蛋白脂肪酶的分子生物学

脂蛋白脂肪酶（ＬＰＬ）是一种催化乳糜微粒和极低密度脂蛋白中甘油三酯分解的糖蛋白,表达基因定位于８ｐ２２,由１０个外显子和９个内含子组成,非编码区域存在多种遗传多态位点。其表达受到多种位点的调控。错义和无义突变是ＬＰＬ缺乏症的常见突变类型。     

心源性卒中的遗传学研究进展

心源性卒中是缺血性脑卒中的重要病因之一,表现出病情重、预后差和复发率高的特点。在遗传学研究中已经有相当多与心源性卒中相关的基因被鉴定,这些易感基因在疾病风险预测及危险因素评估的潜力也陆续被发掘。本文从全基因组关联研究、拷贝数变异研究、全基因组测序研究等方面综述了心源性卒中遗传学研究的相关进展,并介绍了其遗传数据集在多基因风险评分、孟德尔随机化的应用,旨在为将来深入研究心源性卒中的遗传发生机制提供借鉴和参考。     

东方蜜蜂微孢子虫的SNP与InDel位点鉴定及分析

【目的】东方蜜蜂微孢子虫Nosema ceranae是一种专性侵染成年蜜蜂中肠上皮细胞的单细胞真菌病原,广泛感染世界各地的蜂群。本研究拟利用已获得的东方蜜蜂微孢子虫纯净孢子的高质量转录组数据进行单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphism,SNP）和插入缺失（Insertion-Deletion,InDel）位点的鉴定和分析,旨在丰富东方蜜蜂微孢子虫的SNP和InDel信息,并为新型分子标记的开发提供基础。【方法】使用GATK软件识别东方蜜蜂微孢子虫的SNP和InDel位点。采用SnpEff软件预测变异位点发生的基因组区域及变异产生的影响。通过相关生物信息学软件分别将SNP和InDel位点所在基因分别比对GO和KEGG数据库,获得相应的功能和通路注释。【结果】共鉴定到28195个SNP位点,其中发生转换和颠换的SNP位点分别有21403和6792个;上述SNP位点的突变类型有12种,其中最丰富的突变类型为C/T;分布在CDS区的SNP位点最多,其次是基因间区、上游区、下游区和内含子区;最丰富的密码子突变类型是同义突变;SNP位点所在基因可注释到代谢进程、细胞组分和催化活性等43个GO条目以及代谢途径、核糖体和等次生代谢产物的生物合成等85条KEGG通路。共鉴定到2831个InDel位点,其中分布在基因间区InDel位点最多,分布在CDS区的InDel位点最少;最丰富的密码子突变类型是移码突变;InDel位点所在基因可注释到细胞进程、细胞和结合等38个GO条目以及代谢途径、次生代谢产物的生物合成及核糖体等73条KEGG通路。【结论】东方蜜蜂微孢子虫中存在大量的SNP和InDel位点,SNP位点的突变类型主要为转换,与其他物种类似;SNP与InDel位点的基因组功能元件分布规律和突变类型具有明显差异;SNP和InDel位点所在基因与东方蜜蜂微孢子虫适应宿主细胞内环境及病原增殖过程具有潜在关系。     

凡纳滨对虾微卫星位点在两个选育家系中遗传的初步研究

利用两个选育凡纳滨对虾全同胞家系研究了10个微卫星位点的遗传特征。通过ABI310或3100测序仪检测, 在所观察到的20个基因型比例（genotypic ratios）(10个微卫星位点 X 2个家系)中,有17个基因型比例符合孟德尔遗传。微卫星位点TUMXLv8.220在两个家系中均存在无效等位基因,从而3个不符合孟德尔遗传基因型中2个可由无效等位基因来解释。TUMXLv 3.1在06家系偏离了1：1：1：1的孟德尔预期比。3个微卫星位点（TUMXLv5.66,TUMXLv7.74,TUMXLv8.224）在两个家系中均表现单态。3个微卫星位点（TUMXLv5.45,TUMXLv7.56,TUMXLv8.256）在两个家系均既表现多态又遵循孟德尔共显性遗传, 是亲子鉴定和种群遗传分析的较好选择。结果显示在应用微卫星标记进行遗传分析之前利用全同胞家系进行遗传模式研究是非常必要的。     

一例以多发性骨破坏为显著特征的老年戈谢病的诊疗和基因检测分析

戈谢病(Gaucher’s disease)是一种罕见的常染色体隐性遗传病，由于葡萄糖脑苷脂酶(glucocerebrosidase,GBA)基因突变导致溶酶体中GBA活性降低或缺乏，造成其底物葡萄糖脑苷脂在溶酶体中贮积，产生肝、脾、肾、骨、造血系统甚至神经系统受累的临床表现。本文报道1例以多发性骨破坏为显著特征的老年患者，伴有幼年脾切除及“骨髓炎”病史，呈现肝脏显著增大、贫血、血小板减少及骨量减少等症状。临床检测显示，患者外周血GBA活性降低、葡糖鞘氨醇水平以及壳三糖酶活性显著升高；基因检测结果表明，患者GBA基因发生纯合错义突变NM＿001005741.2 c.770A>G(p.Asp257Gly)。经过6个月的酶替代治疗，患者血小板恢复正常、贫血改善、肝脏体积有所缩小。进一步检测发现患者母亲、长兄、次兄均存在该位点的杂合突变，符合孟德尔遗传规律。虽然患者Asp257Gly变异在已知的GBA基因变异库中未被报道，但无论是临床表现还是酶学及生物标记物特征，以及酶替代治疗的效果，均支持戈谢病的诊断，推断患者Asp257Gly纯合变异为临床致病性变异。本病例发现的新突变位点丰富了G...     

基于高通量测序数据构建斑马鱼隐性遗传突变筛选系统

目的:针对斑马鱼高通量测序数据,通过一系列质量控制和突变过滤,构建一套有效隐性遗传突变筛选系统。方法:A)经过与斑马鱼参考基因组比对,利用GATK获得初始的VCF格式突变信息。B)使用perl语言编写本地脚本,对突变信息进行过滤,注释等。C)通过绘制纯合突变点分布图,找出突变富集区域。整合以上步骤,构建出一套针对斑马鱼高通量测序数据的遗传性突变筛选系统。结果:对获得的突变位点进行了一系列的质量控制,定位到具体染色体上的特定区域,并且对获得的突变进行了功能上的注释。结论:本过滤筛选系统能有效控制检测的假阳性率,对斑马鱼致病性的隐性突变位点筛查提供有力参考。     

Autotaxin蛋白修饰性位点的生物信息学预测

Autotaxin在肿瘤细胞中对肿瘤的发生和发展起着重要作用,其抑制剂的开发可能为治疗肿瘤提供方法。Autotaxin蛋白的修饰性位点研究可为抑制剂开发提供理论基础。本研究利用6款生物信息学软件对该蛋白的磷酸化位点进行了预测,共有17个位点被重复预测到;并用4款软件进行了糖基化位点预测,共有4个位点被重复预测到,为下一步实验验证奠定了基础。     

眼皮肤白化病患者酪氨酸酶基因突变的研究

目的：对临床诊断为眼皮肤白化病（OCA）患者的酪氨酸酶（TYR）基因进行突变筛查,了解我国大陆OCA患者TYR基因突变类型,探讨基因突变对人TYR蛋白结构和功能的影响。方法：应用PCR技术,扩增患者及其父母的TYR基因外显子、外显子-内含子交界区及启动子区;以DNA序列测定技术,进行突变筛查与鉴定;利用生物信息学方法,对突变引起蛋白结构和功能的改变进行预测与分析。结果：在15名患者的30个TYR等位基因内,查明11种突变;其中错义突变5种（W400L、R299H、E294K、R77Q和K142M）,无义突变3种（R116X、R278X和G295X）,插入突变2种（929insC和232insGGG）,剪切位点突变1种（IVS1-3 C〉G）;对4个突变W400L、R299H、929insC、232insGGG的生物信息学分析显示,突变的致病性与蛋白结构和功能的改变相关。结论：W400L占本研究所检出全部OCA1突变等位基因的30．0％（9／30）,可能为中国大陆人群中较常见的TYR基因突变类型;应用生物信息学分析方法对TYR基因突变的致病性做出一些合理可能的解释是可行的。     

病理性近视的家系研究

为了探讨我国病理性近视的遗传模式,对90个病理性近视大家系进行了分离分析。简单分离分析采用先验法和SEGRAN-B软件,进行拟合优度卡方检验,比较实际分离比与理论分离比的符合程度;复合分离分析运用SAGE-REGD软件进行孟德尔遗传模型(主基因、显性、隐性、共显性)和非孟德尔遗传模型(非传递、环境、一般)的拟合。结果显示,婚配类型为A*N的家系符合常染色体显性遗传,散发概率为13．8％,婚配类型为N*N的家系符合常染色体隐性遗传,散发概率为16．3％,但常染色体显性遗传不能除外,复合分离分析接受孟德尔遗传的显性、隐性、共显性和主基因模型,共显性模型的可能性最大,基因频率为0．21442999。因此,我国病理性近视存在常染色体显性和隐性遗传模式,并有一定比例的散发病例,具有遗传异质性。     

基于支持向量机方法的蛋白可溶性预测

按照蛋白质序列中残基的相对可溶性,将其分为两类(表面／内部)和三类(表面／中间／内部)进行预测。选择不同窗宽和参数对数据进行训练和预测,以确保得到最好的分类效果,并同其他已有方法进行比较。对同一数据集不同分类阈值的预测结果显示,支持向量机方法对蛋白质可溶性的整体预测效果优于神经网络和信息论的方法。其中,对两类数据的最优分类结果达到79．0％,对三类数据的最优分类结果达到67．5％,表明支持向量机是蛋白质残基可溶性预测的一种有效方法。