基于協(xié)同智能的蛋白質(zhì)相互作用及其網(wǎng)絡(luò)研究.pdf

1、膜蛋白在生物體中擔(dān)負(fù)著多種多樣的功能，大部分膜蛋白在藥物設(shè)計(jì)、運(yùn)轉(zhuǎn)蛋白和免疫識(shí)別等方面起著關(guān)鍵的作用;膜蛋白同時(shí)也是重要的藥物標(biāo)靶。膜蛋白相互作用，尤其是螺旋膜蛋白相互作用，是所有蛋白質(zhì)相互作用中的重要部分。各種組織中近三分之一的基因用于編碼參加大量的蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)相互作用的與膜相關(guān)的蛋白質(zhì)。膜蛋白復(fù)合物的研究由于需要使膜蛋白保持在脂溶性環(huán)境且不打亂蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)相互作用而具有很大的挑戰(zhàn)。本論文研究利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)結(jié)合生物信息學(xué)構(gòu)造生

2、物網(wǎng)絡(luò)中的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)。其研究成果為膜蛋白相互作用的協(xié)同智能識(shí)別提供了一種可行的方法，為可能的膜蛋白相互作用提供新的研究方向及參考。本論文具體的研究?jī)?nèi)容有:
　　 大量的結(jié)果表明蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)不是隨機(jī)的，它是具有某種生物規(guī)律的。本論文采用圖論中譜分析的研究方法揭示了復(fù)雜的蛋白—蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)中存在的隱含的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如“準(zhǔn)團(tuán)”和“準(zhǔn)二部圖”。對(duì)其分離出來的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行度的計(jì)算、小世界網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中p值的計(jì)算，以及蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)

3、節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的計(jì)算等等，分析這些關(guān)于蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)之間的關(guān)系;基于遺傳算法的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造和研究;基于多種智能算法相結(jié)合的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造和研究;將建立的新型蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)與一般生物網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較研究。
　　 真實(shí)的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)是稀疏網(wǎng)絡(luò)，具有幾何效應(yīng)，并且還具有無標(biāo)度性、小世界性、層次性、自相似性、親和力和特異性等等的重要性質(zhì)和動(dòng)態(tài)特性:研究不同重要性質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的影響;研究蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)

4、的靜態(tài)特性;研究蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性。
　　 對(duì)于膜蛋白的研究目前還處于一個(gè)初期階段，有待于進(jìn)一步的研究和探索，特別是膜蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)。本論文構(gòu)造建立了一個(gè)膜蛋白相互作用及其網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)與分析系統(tǒng)，并對(duì)其重要性質(zhì)和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究和探索，膜蛋白之間的重構(gòu)和演化，膜蛋白網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)行為分析。通過膜蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)的建立與預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)了膜蛋白網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)的普適性規(guī)律，并與實(shí)驗(yàn)室合作驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果。利用膜蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)的聚集系數(shù)來

5、推論其拓?fù)湫再|(zhì)，同時(shí)研究了其無尺度和自相似特性;為膜蛋白相互作用預(yù)測(cè)與分析提供一種新方法。
　　 面向構(gòu)造膜蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)，我們總結(jié)分析了一種理想化基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(GRN)模型，并將其定義為簡(jiǎn)單面向膜蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫砸约捌漭斎胝{(diào)控模塊功能性的基因調(diào)控環(huán)路的動(dòng)態(tài)化。為了理解網(wǎng)絡(luò)發(fā)展進(jìn)程的動(dòng)態(tài)性、集成控制，以及膜蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)本身的特性，我們提出了基本形式、無量綱形式以及更復(fù)雜形式等三種模型形式，并基于此模型對(duì)膜蛋白相互作用

6、網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真研究。
　　 目前蛋白質(zhì)相互作用的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還遠(yuǎn)沒有達(dá)到系統(tǒng)地理解生命現(xiàn)象的要求，并且相互作用數(shù)據(jù)、高通量的檢測(cè)技術(shù)、預(yù)測(cè)方法都還沒有精標(biāo)準(zhǔn)，所以有必要對(duì)其進(jìn)行深層的研究和探索，比如蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中重要的蛋白質(zhì)節(jié)點(diǎn)，也就是我們?cè)谥扑帉W(xué)中的藥物靶點(diǎn)，從而對(duì)于世紀(jì)疾病和藥物起到作用和作出貢獻(xiàn)。
　　 最后，總結(jié)了全論文的工作，指出了研究工作中存在的不足，并對(duì)今后的研究方向和研究重點(diǎn)進(jìn)行了討