1,3-丙二醇氧化还原酶结构与功能关系的探讨

用生物信息学方法对来源于klebsiella pneumonide的1,3-丙二醇氧化还原酶(即1,3-丙二醇氧化还原酶,PDOR)进行高级结构模建,并搜索其功能位点,以所得三维结构为对象,定位其铁信号结合位点、辅酶NADP大致位置以及可能的底物结合部位;在此基础上模拟PDOR活性部位,探讨该酶的构效关系。     

利用序列比较寻找胰岛素基因表达启动区与DNA结合蛋白的结合位点

NDFl、IPFl和HNF4是与胰岛素基因表达有关的DNA结合蛋白,通过比较SWISSPROT蛋白质数据库中人类、小鼠、大鼠这三种核蛋白氨基酸一级序列、模体和结构域,发现其结构十分相似,根据蛋白质结构和功能的关系,推测这些DNA结合蛋白与胰岛素基因结合的核苷酸序列相似;从GenBanl(核酸数据库中获得人类、小鼠、大鼠胰岛素DNA序列,用ClustalW比较三者Promoter区的核苷酸序列,显示有一段核苷酸序列较为相似,同时搜索TRANSFAC基因转录数据库中NDFl、IPFl和NHF4蛋白核苷酸结合位点,发现核酸比对保守的部分序列与TRANSFAC数据库中这三个转录因子的DNA结合位点一致,另外一些核酸保守序列可能为其他未知DNA结合蛋白的结合位点。这种核酸序列比对设计为分子生物学实验寻找和验证胰岛素DNA结合蛋白与核苷酸的结合位点提供了简单而实用的方法。     

人Daintain 基因5'调控区序列的生物信息学分析

目的：探讨人Daintain 基因5''调控区的序列特征。方法：利用在线软件BLAST、Neural Network Promoter Prediction、Promoter 2.0、Promoter SCAN、EMBOSS、CpG Island Searcher 和TF SEARCH预测人Daintain 基因启动子区域、CpG 岛分布和转录因子结 合位点。结果：人Daintain 基因5''调控区存在1 个CAAT盒。Daintain 基因可能存在6 个启动子位点,CpG岛可能位于216 bp 区 间( 23 ~ 238 bp)。评分85 分以上时,该序列存在251 个可能的转录因子结合位点;评分90 分以上时,该序列存在70 个可能的转 录因子结合位点;评分95 分以上时,该序列存在16个可能的转录因子结合位点;评分100 分以上时,该序列存在7 个可能的转 录因子结合位点;这些结合的转录因子基本是与免疫细胞增殖或性别发生有关。结论：人Daintain 基因5''调控区的生物信息学研 究表明其转录受甲基化和多种转录因子的调控,为研究Daintain 基因启动子的功能提供理论基础。     

Autodock Vina与Discovery Studio在虚拟筛选耐药蛋白抑制剂中的比较

随着大量与细菌耐药相关的基因的发现和其表达蛋白结构的成功测定,从已有的化合物中通过计算机模拟方法筛选对耐药蛋白靶点有作用的候选化合物,成为了药物发现的一个标准途径。虚拟筛选在耐药基因抑制剂的发现中可以提高效率、降低实验成本。本文介绍了Autodock Vina和Discovery Studio在基于分子对接法的虚拟筛选中的使用,并对比分析其对β-内酰胺酶活性位点的筛选结果。希望通过这种比较促进虚拟筛选在药物设计领域中的应用,提高耐药基因抑制剂的发现速度。     

遗传算法在转录因子结合位点识别中的应用

遗传算法是模拟生物进化过程的计算模型,是一种全局优化搜索算法。将遗传算法与转录因子结合位点识别问题相结合的新方法,以一致性序列模型作为保守motif的描述模型,通过对motif序列与待测序列的比对问题进行编码,将其转化成搜索空间中的优化问题,利用遗传算法来搜索最优解,预测转录因子的结合位点。实验结果表明,这种新的方法是有效的,它在占用少量内存的情况下能够准确地识别出待测转录因子结合位点。     

基于进化足迹法结合位置打分函数的转录因子结合位点预测

目的:预测转录因子结合位点。方法:本文从ABS数据库上下载了人类和啮齿类动物的直系同源的启动子序列,首先使用位置打分函数对这些启动子序列进行打分,找到候选的转录因子结合位点,并进一步利用进化足迹法对这些候选的转录因子结合位点进行筛选,只有结合位点同时出现在人类和啮齿类动物的启动子序列才认为是真正的结合位点。结果:在对人类和啮齿类动物进行转录因子结合位点预测时,与单独使用打分函数的结果相比,进化足迹法与打分函数结合的方法有效的提高了预测结果的性能,大幅度提供所得预测结果的特异性。结论:进化足迹法结合位置打分矩阵的方法能较为准确有效的预测转录因子结合位点。     

单核苷酸多态性SNP（rs34040607）与中国人胃癌相关性的研究

目的：探讨胃癌组织中17号染色体q25-3区单核甘酸多态性位点rs34040607与人胃癌的相关性。并初步探索其可能的生物学机制和效应。方法：应用Taqman探针实时定量PCR分型法,检测50例胃癌患者及对照非胃癌患者基因组中此位点的多态性。应用RT．PCR法,检测胃癌组织中此位点转录产物及转录方向。应用最小自由能方法预测此位点突变对非编码RNA发夹结构形成的影响。结果：中国人胃癌患者中此位点多态性存在高变异。与正常对照人群存在显著差异。该位点存在转录活性,且转录方向为单向,由着丝粒向端粒方向转录。该点突变导致转录的非编码RNA发夹结构改变。结论：SNP位点rs34040607变异可以作为胃癌易感性预测的靶点,在未来的基因筛查中可作为一个重要候选位点,对该位点的转录及对RNA发夹结构的改变揭示了其发挥功能的一个可能的机制。     

利用eQTL构建基因-基因网络挖掘类风湿性关节炎风险基因

目的：类风湿性关节炎是一种全身的慢性炎症型疾病,可能影响许多组织和器官,主要发作于灵活的关节。全世界人群中大约有1％会患有类风湿性关节炎。目前已经证实了一些基因与类风湿性关节炎相关,但是这些基因只能解释一小部分遗传风险,因此我们需要新的策略和方法来解决这个问题。方法：表达数量性状位点（eQTL）是指能够调控基因或蛋白质表达的基因组位点,本文采用了eQTL数据构建基因一基因网络并挖掘候选类风湿性关节炎风险基因。结果：首先,利用eQTL数据,基于基因之间的共调控系数,建立基因-基因网络,我们建立了5个不同阈值（0、O．2、0．4、0．6和0．8）的基因-基因网络;然后,在OMIM和GAD数据库中搜索已经证实的与类风湿性关节炎相关的186个基因;最后我们将已证实与类风湿性关节炎相关的186个基因分别投入到这5个网络中,利用基因与基因之间的相关性来挖掘到一些可能与类风湿性关节炎相关的候选风险基因。结论：本文基于eQTL构建了基因．基因网络,结合已知类风湿性关节炎风险基因,挖掘未知风险基因,得到了较好的结果,证明了本方法的有效性,且对于类风湿性关节炎的发病机制研究具有重要价值。除了类风湿性关节炎外,本方法还可推广到其它复杂疾病中,因此本方法对人类复杂疾病的研究具有很强的学术理论价值和应用价值。     

花青素主要成分与HER-2激酶区的分子对接

用分子对接方法预测天然植物化学物质与受体蛋白的相互作用位点并探究作用机制。利用MVD(Molecular Virtual Docker 5.5)软件,以HER-2激酶区为受体模板建立活性位点,与12种花青素成分进行分子对接。结果表明12种化合物均能在同一活性腔中与HER-2激酶区对接(MolDock Score:苷元–105 kJ/mol,单葡糖苷–130 kJ/mol),主要作用力是疏水作用和氢键;该活性腔也是ATP与HER-2激酶区的结合(MolDock Score=–161 kJ/mol)位点,花青素的结合可能会干扰ATP与HER-2之间氢键的形成。提示花青素可能以竞争性结合方式阻碍ATP与HER-2的结合,抑制HER-2磷酸化激活及下游信号通路的激活,从而发挥抑癌活性。     

结合分子相似性、药效团和分子对接筛选新的HIV-1蛋白酶抑制剂

结合分子相似性、药效团和分子对接建立兼顾计算效率和预测准确度的HIV-1蛋白酶抑制剂筛选方法。首先通过对现有HIV-1蛋白酶抑制剂分子进行相似性分析,选取代表性的HIV-1蛋白酶抑制剂作为模板分子,构建和优化药效团模型,并从1万个化合物中优先筛选出500个化合物。而后采用分子对接方法进一步考察化合物与HIV-1蛋白酶结合情况,得到4个新的活性候选化合物,并进行其结合自由能计算和抗突变性分析。结果表明新候选化合物ST025723和HIV-1蛋白酶表现出较好的相互作用和抗突变性,具有深入研究的价值,同时也证明分子相似性、药效团和分子对接相结合能够快速有效地发现新颖活性候选化合物。     

利用eQTL构建基因-基因网络挖掘类风湿性关节炎风险基因*

摘要目的：类风湿性关节炎是一种全身的慢性炎症型疾病，可能影响许多组织和器官，主要发作于灵活的关节。全世界人群中大 约有1%会患有类风湿性关节炎。目前已经证实了一些基因与类风湿性关节炎相关，但是这些基因只能解释一小部分遗传风险， 因此我们需要新的策略和方法来解决这个问题。方法：表达数量性状位点（eQTL）是指能够调控基因或蛋白质表达的基因组位点， 本文采用了eQTL数据构建基因- 基因网络并挖掘候选类风湿性关节炎风险基因。结果：首先，利用eQTL 数据,基于基因之间的 共调控系数，建立基因- 基因网络，我们建立了5 个不同阈值(0、0.2、0.4、0.6和0.8)的基因-基因网络；然后，在OMIM 和GAD数 据库中搜索已经证实的与类风湿性关节炎相关的186 个基因；最后我们将已证实与类风湿性关节炎相关的186 个基因分别投入 到这5 个网络中，利用基因与基因之间的相关性来挖掘到一些可能与类风湿性关节炎相关的候选风险基因。结论：本文基于 eQTL构建了基因-基因网络，结合已知类风湿性关节炎风险基因，挖掘未知风险基因，得到了较好的结果，证明了本方法的有效 性，且对于类风湿性关节炎的发病机制研究具有重要价值。除了类风湿性关节炎外，本方法还可推广到其它复杂疾病中，因此本 方法对人类复杂疾病的研究具有很强的学术理论价值和应用价值。     

小鼠中血清因子结合位点位置分布及保守性的生物信息学分析

目的：血清反应因子在与心血管相关的疾病基因调控方面的作用越来越重要。血清反应因子识别的结合位点CArG元件因其重要的基因调控作用近年来随之备受关。本研究目的是揭示血清因子结合位点的位置分布与功能的关系及CArG元件内部各个住点的保守性。方法：本研究应用生物信息学方法结合遗传学方法对小鼠中CArG元件的位置分布、位点替换率及G0分类进行深入研究。结果：结果表明,71％的功能CArG元件分布在转录起始位点上游,且距离转录起始位点越近,CArG元件的数量越多。保守性分析发掘出元件内部的替换冷点、热点及替换规律。GO分类结果显示,CArG依赖性基因多为信号转导和细胞骨架蛋白。结论：上述研究结果将为准确预测候选CArG元件提供重要理论基础,同时也将为更为深入阐述SRF的调控模式奠定基础。     

利用传递不平衡分析在多群体中鉴别猪脐疝易感基因

在本实验室前期利用白色杜洛克×二花脸F₂资源家系开展脐疝易感位点全基因组扫描定位的基础上,文章在7号染色体上的SWR1928和10号染色体上的SW830易感标记区域,结合脐疝发病机制在多群体中进行脐疝位置功能候选基因的筛选和易感位点的精细定位。在两个显著关联的微卫星位点区域搜寻到12个位置功能候选基因,采用比较测序法,选取12个候选基因内共计40个SNP位点在白色杜洛克×二花脸资源家系F₂/F₃脐疝群体中进行基因分型,利用Plink v1.07软件对基因型数据进行质量控制和传递不平衡(Transmission disequilibrium test,TDT)分析。结果表明,IL16(Interleukin 16)基因中的g.708C>T位点和CDC73(Cell division cycle 73)基因中的g.10664G>A位点与脐疝的关联性达到显著水平(P<0.05)。对这两个位点在西方商业猪种脐疝患病家系中进行基因分型和TDT验证分析,发现CDC73基因中的g.10664G>A位点仍与猪脐疝呈显著关联(P<0.05)。同时对CDC73基因中与资源家系脐疝呈弱相关的两个SNP位点g.10546A>G和g.10811A>G在西方商业猪种中进行TDT验证分析,发现这两个SNP位点与商业猪种脐疝发生的关联性达到极显著水平(P<0.01)。根据文章的分析结果,结合脐疝发生的生理机制及CDC73基因的生物学功能,推测CDC73基因可能为猪脐疝发生的易感基因。     

大肠杆菌E.coli K-12转录因子结合位点的理论预测

基于实验验证的22种大肠杆菌K12的转录因子结合位点序列,分析了转录因子结合位点每一位置的碱基保守性,提出了预测转录因子结合位点的位置权重矩阵打分函数算法(PWMSA)。利用self-consistency和cross-validation两种检验方法对此算法进行检验,self-consistency检验总的预测成功率达到87.59%,cross-validation检验成功率达到85.48%。对基因间序列进行搜索,获得了多个可能的转录因子结合位点。     

基于处方挖掘与分子动力学模拟筛选严重急性呼吸综合征冠状病毒2潜在抑制剂分子的研究

目的 从中药筛选具有潜在抑制严重急性呼吸综合征冠状病毒2 （SARS-CoV-2） 活性的成分，进一步从原子水平揭 示其抑制SARS-CoV-2 表面刺突蛋白（S 蛋白） 受体结合域（RBD） 与血管紧张素转化酶2 （ACE2） 结合的内在机制。 方法 检索新型冠状病毒（简称“新冠肺炎”） 治疗中药处方，构建“新冠肺炎中药候选活性成分数据库”。用具有ACE2 抑制活性的小分子化合物构建HipHop药效团模型，并对“新冠肺炎中药候选活性成分数据库”中活性成分筛选。采用分子 对接和分子动力学模拟方法研究候选活性成分与ACE2 的结合方式及其对SARS-CoV-2 S 蛋白与ACE2 识别的影响。 结果 本文通过中药处方挖掘和分子动力学模拟，从143 个新冠肺炎治疗中药处方中筛选出10 种可与SARS-CoV-2 S 蛋白/ 人源ACE2 识别位点结合的中药成分。其中，枇杷叶主要活性成分23-trans-p-coumaryhormentic acid 与ACE2 具有最高的亲和 力，且23-trans-p-coumaryhormentic acid 的结合可有效阻断SARS-CoV-2 S蛋白与宿主细胞ACE2 的结合。结论 本文通过虚 拟筛选发现了SARS-CoV-2 潜在抑制剂分子23-trans-p-coumaryhormentic acid，同时从原子水平预测了其抑制SARS-CoV-2 S 蛋白与ACE2 结合的内在机制，这将为SARS-CoV-2 特异性抗病毒药物的研发提供理论依据。     

全基因组预测希金斯炭疽菌的候选效应分子

[目的]希金斯炭疽菌可以侵染十字花科诸多植物引起炭疽病,给各国农业生产造成了巨大经济损失。对该菌候选效应分子进行预测,并对其特征进行明确。[方法]利用Signal P、Prot Comp等程序对该菌中分泌蛋白进行找寻,并对分泌蛋白所具有的氨基酸大小、信号肽长度以及理化性质等进行分析。结合已经报道的真菌效应分子具有的典型特征,明确该菌存在的候选效应分子数量及特征。[结果]希金斯炭疽菌含有658个分泌蛋白,氨基酸长度集中于50~300 aa之间;信号肽长度以17~21个aa的序列最为集中;信号肽切割位点属于A-X-A类型;分泌蛋白在分子量、等电点、不稳定系数等方面均存在差异,但大多数分泌蛋白属于亲水性蛋白。其中,预测功能的蛋白为290个,其功能较多的集中于酶类,包括脂肪酶、α-L-鼠李糖苷酶、果胶酯酶等。依据候选效应分子典型特征,明确该菌中含有388个候选效应分子。[结论]通过上述生物信息学分析方法,结合真菌效应分子典型特征,有效地实现了希金斯炭疽菌候选效应分子的预测,其信号肽切割位点类型与其他已经报道的致病疫霉、粗糙脉孢霉等分泌蛋白信号肽切割位点一致,分泌蛋白功能涉及较多的酶类,也与其他已经报道的病菌分泌蛋白功能相类似。     

抗真菌药物作用靶酶羊毛甾醇14α去甲基化酶研究

羊毛甾醇14α去甲基化酶是普遍存在于高等植物、真菌和哺乳动物体内的P450蛋白,是氮唑类抗真菌药物作用靶酶.到目前为止已分别确定了高等植物、真菌和哺乳动物体内该酶的氨基酸序列.该酶对底物的催化包括三个单加氧步骤,涉及自由基的生成和消除,血红素辅基在酶催化过程中起重要作用.底物羊毛甾醇只能结合在酶活性位点血红素辅基Nc吡咯环上方,其余血红素吡咯环被氨基酸残基封闭.底物羊毛甾醇的3β羟基、Δ⁸⁽⁹⁾双键和17位侧链是与酶活性位点正确结合的关键官能团.该酶两大类抑制剂(底物类似物和氮唑类抗真菌药物)结构-活性关系研究可为进一步优化和设计新型高效酶抑制剂提供基础.     

用嫁接活性位点方法设计新的功能蛋白质

将一个蛋白质的活性位点,嫁接到另一个分子量较小但是稳定的蛋白质（骨架蛋白）上,从而形成一种新的功能蛋白质,这是蛋白质设计中一种很有效的方法,在我们发展的异型自洽系综最优化方法的基础上,结合３Ｄ－模体搜索等工具,实现了这种位点嫁接的设计。并以在卡律蝎毒素分子骨架上嫁接碳酸酐酶Ｂ的Ｚｎ＾２＋结合位点的设计为例进行检验,表明此设计系统是可行的和有效的。     

设计与筛选靶向PI3Kα的去氢骆驼蓬碱衍生物及其分子动力学验证

以PI3Kα作为靶蛋白,采用计算机辅助设计的方法优化去氢骆驼蓬碱结构,获得与靶蛋白结合力较高的化合物。在此基础上,利用分子对接,三维定量构效关系(3D-QSAR)和分子动力学技术验证了修饰化合物与靶蛋白的结合能力和稳定性。最后筛选出与靶标具有更好结合力的潜在去氢骆驼蓬碱结构衍生物。使用ACD/Percepta软件对去氢骆驼蓬碱的母核进行结构修饰,获得136 745个化合物的化合物库。通过Schrdinger软件从化合物库中依据MM/GBSA(分子力学广义玻恩表面积)筛选出结合能排在前三的化合物并使用3D-QSAR进行验证,最后通过分子动力学方法验证了三种结构衍生物,并预测了ADMET性质。通过软件设计、虚拟筛选、3D-QSAR模型构建和分子动力学模拟等一系列计算机辅助设计方法,获得了136 745种新的去氢骆驼蓬碱衍生物,评价了蛋白质结构复合物的稳定性,最终获得了3种结合能较高的化合物。其中,发现编号为37971的衍生物具有更好的3D-QSAR模型活性预测值与TPSA(拓扑极性表面积)值(87.84)和生物利用度(33.21%)。本研究结果为去氢骆驼蓬碱的结构修饰提供了设计思路,获得理论上与PI3Kα具有较好的靶向结合能力的化合物,通过分子对接和分子动力学验证,所获得的分子有望成为潜在的候选化合物,为进一步的实验验证奠定基础。     

铜绿丽金龟气味结合蛋白AcorOBP1的表达和结合特性分析

【目的】揭示铜绿丽金龟Anomala corpulenta Motschulsky气味结合蛋白(odorant binding protein,OBP)基因的表达特征及其与特异信息化合物的结合特性。【方法】通过RT-q PCR测定了铜绿丽金龟AcorOBP1基因的时空表达谱;用原核表达系统对AcorOBP1进行表达纯化,然后利用荧光竞争结合实验测定了AcorOBP1蛋白与56种候选化合物的结合特征。【结果】AcorOBP1基因在铜绿丽金龟卵、1龄幼虫和成虫等特定发育时期表达,在成虫触角中的表达量显著高于其他部位(P0.05)。在被测的56种化合物中,AcorOBP1与53种化合物具有结合活性,其中结合能力较强的为小叶女贞Ligustrum quihoui挥发物水杨酸甲酯和癸醇,解离常数分别为2.10±0.08和5.04±0.59μmol/L。【结论】铜绿丽金龟AcorOBP1结合谱广,该蛋白可能在铜绿丽金龟对寄主植物小叶女贞的定位过程中发挥重要作用。