氧化還原類蛋白質(zhì)翻譯后修飾的結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)研究.pdf

1、蛋白質(zhì)翻譯后修飾與蛋白質(zhì)多樣性、功能調(diào)節(jié)、信號(hào)傳導(dǎo)和人類的疾病都有著密切的關(guān)系。迄今為止，人們發(fā)現(xiàn)了超過(guò)200種的蛋白質(zhì)翻譯后修飾類型，常見(jiàn)的并被主要的蛋白質(zhì)翻譯后修飾數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的也有超過(guò)60種類型。現(xiàn)在對(duì)于蛋白質(zhì)翻譯后修飾的研究集中在鑒別、反應(yīng)機(jī)制及其特征富集幾個(gè)方面。一些非氧化還原類或酶催化的翻譯后修飾，如：磷酸化、泛素化和乙?；?，其翻譯后修飾過(guò)程的反應(yīng)機(jī)制較明確，因此，序列上的特征明顯。然而，氧化還原類的翻譯后修飾，包括：酪氨酸

2、硝化和半胱氨酸硫代亞硝化，反應(yīng)機(jī)制復(fù)雜，至今提出了多種與自由基相關(guān)的機(jī)制，序列上沒(méi)有明顯特征，因此，對(duì)于此類翻譯后修飾的分類和預(yù)測(cè)處于較低的水平。氧化還原類翻譯后修飾在生物體中通常扮演著重要的角色，如：硝化過(guò)程與磷酸化過(guò)程競(jìng)爭(zhēng)、炎癥反應(yīng)、NO信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和蛋白質(zhì)功能的調(diào)節(jié)（失活）。因此，解析氧化還原類翻譯后修飾蛋白質(zhì)的特征并發(fā)現(xiàn)潛在的修飾蛋白質(zhì)具有重要的意義。在已經(jīng)報(bào)道的研究中，從序列角度探討蛋白質(zhì)翻譯后修飾的特征并進(jìn)行預(yù)測(cè)，在磷酸化、乙酰

3、化、泛素化等翻譯后修飾中得到了較好的應(yīng)用，然而，對(duì)于氧化還原類蛋白質(zhì)翻譯后修飾，如酪氨酸硝化、半胱氨酸亞硝化，則使用序列不能很好的解釋其修飾特征，因此，本文從結(jié)構(gòu)出發(fā)，探討這二類蛋白質(zhì)翻譯后修飾的結(jié)構(gòu)特征，并根據(jù)主要特征對(duì)這二類翻譯后修飾進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　在蛋白質(zhì)晶體學(xué)的研究中，大量的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)積累了下來(lái)。在蛋白質(zhì)晶體PDB數(shù)據(jù)庫(kù)中，有超過(guò)90,000個(gè)晶體結(jié)構(gòu)。基于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上的保守性高于序列保守性的特性，本文從結(jié)構(gòu)上研究

4、氧化還原類翻譯后修飾，探索這類翻譯后修飾在結(jié)構(gòu)上的特征。
　　本文內(nèi)容主要包括二大部分：
　　第一部分內(nèi)容為翻譯后修飾數(shù)庫(kù)的構(gòu)建與氧化還原類蛋白質(zhì)翻譯后修飾的結(jié)構(gòu)生物信息學(xué)研究。首先，通過(guò)序列信息搜索到相應(yīng)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了數(shù)據(jù)庫(kù)（第二章）；在此基礎(chǔ)上，對(duì)酪氨酸硝化（第三章）和半胱氨酸硫代亞硝化（第四章）的研究。通過(guò)對(duì)硝化蛋白質(zhì)和亞硝化蛋白質(zhì)中硝化/亞硝化位點(diǎn)的近鄰原子分布、氨基酸對(duì)、氨基酸三角、表面可及性、pKa和空間位阻

5、效應(yīng)等結(jié)構(gòu)特征分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)特征的差異度并進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：酪氨酸硝化的過(guò)程與其周圍分布的氨基酸種類相關(guān)，脂肪族和芳香族殘基，特別是體積大的芳香族、脂肪族是不利于硝化。通過(guò)改進(jìn)的Maximal dependence decomposition聚類方法，構(gòu)建了硝化酪氨酸的預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)模型取得了63.30％的敏感性和92.24%的特異性，比只使用蛋白質(zhì)的序列信息模型更準(zhǔn)確。半胱氨酸周圍氨基酸的分布、所在區(qū)域的柔性、堿性環(huán)境和空間位

6、阻效應(yīng)影響了其硫代亞硝化過(guò)程。由于血紅蛋白的亞硝化或去亞硝化現(xiàn)象完全與R/T變構(gòu)相關(guān)，即R構(gòu)型時(shí)發(fā)生亞硝化，T構(gòu)型時(shí)去亞硝化，因此，使用血紅蛋白進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硫代亞硝化半胱氨酸具有更大的柔性、空間位阻較小并且處于相對(duì)堿性的環(huán)境中，這些都是通過(guò)結(jié)構(gòu)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。綜合可知，氧化類翻譯后修飾在結(jié)構(gòu)上具有更明顯的特征，并且結(jié)構(gòu)的改變、氨基酸分布的改變都會(huì)影響硝化/亞硝化的過(guò)程。
　　第二部分內(nèi)容為蛋白質(zhì)氨基酸拓