蛋白质与蛋白质的结合位点结构比对方法研究

Research on protein binding site structural alignment is one of the most important parts of Structural Genomic. It is a significant and useful work for research on protein function and protein structure. The proposed project aims to solve some problems about protein-protein binding site alignment. The project will collect data of protein-protein binding site in all databases. A processing method will be proposed to deal with the collected data. The aim of the method is to try to deal with data and construct a series of datasets for structural alignment. Base on the study of comparison between different interactions, the selection method of binding site, the expression method of binding site and the similarity evaluation method of binding site will be proposed in this project. The proposed project will present a novel algorithm for aligning protein-protein binding site. The algorithm is a combination method which includes the advantages of methods of Evolutionary Computation, Graph Theory and Computer Graphics. The algorithm should be highly effective. The correspondent software will be developed and applicable. Some biological examples will be analyzed based on the developed software. We hope that we can solve some difficult problems of protein-protein binding site alignment by the research of this project. The achievement of the project is an important and significant step for the research of Structural Genomic, protein function and Medicine Design.

蛋白质结合位点结构比对方法的研究是当今结构基因组学的重要研究内容之一，对于蛋白质结构和功能研究有着重要的意义。申请课题拟解决蛋白质与蛋白质结合位点结构比对研究中的几个热点和难点问题，课题组将搜集和整理蛋白质与蛋白质结合位点的数据，构建几组结合位点结构比对研究所需要的数据集；针对不同类型结合位点的特征，研究位点选取、表示和相似性评价的有效方法；将进化计算、图论和计算机图形学等方法相融合，提出一种高效蛋白质结合位点结构比对算法；开发一套算法软件，并分析一系列与结合位点功能相关的生物学实例。本项目属于前沿性研究，希望能够解决蛋白质结合位点结构比对研究中的几个难点问题，从而促进结构基因组学、蛋白质功能和药物设计领域的研究步伐。

项目组在国家自然基金61202309的资助下，开展了蛋白质与蛋白质结合位点结构比对方法的研究工作，项目组以结构生物信息学方法研究蛋白质与蛋白质结合位点结构比对问题，提出了有效的模型、算法和方法，解决了蛋白质结合位点研究中的几个热点问题。项目组提出了一种构建蛋白质与蛋白质结合位点的BACA’型数据集Benchmark构建方法，并基于SCOWLP数据库处理了106858个蛋白质晶体结构数据，构建了BACA’型数据集，包括733个子集和2875个样本，为定量评价蛋白质结合位点结构比对算法效果，为结合位点结构比对与搜索研究提供了支持；项目组基于结合位点生物学理化特性，提出了一种结合位点表示的新方法和结合位点相似性度量的新方法，这些方法能够更好地表现蛋白质结合位点的实际生物学意义，从而使得结构比对与搜索算法并不是单纯的数学计算，而是更贴近实际生物学计算的需要；项目组提出了一种基于进化计算与图论相结合的PBA-Match算法，该算法较以往算法具有更高的准确性；提出了一种形状上下文模型和算法PBA-SC，该算法的时间复杂度为O(n3)，在计算速度具有较好的优势；除了在理论上有所创新外，项目组还侧重于相应的技术实现，采用Matlab开发了一套具有灵活性、高效性、能够用于蛋白质与蛋白质结合位点结构比对的算法软件包PBA，并分析了多个实际生物学问题，为结构基因组学的研究朝着实用化方向进展做出了一定贡献。