DNA-蛋白复合体网络的拓扑结构和动力学研究

DNA-protein interactions in the exercise of a variety of biological functions in living systems, therefore the research of DNA-protein recognition rules plays a vital role in understanding the activities of life.Along with the rapid increase of experiment data of DNA-protein complex structures, it provides a novel avenue to develop better tools and better theories to systematically phase and answer the interaction between DNA and proteins.The needs of scientists often do spur the creation of new mathematics.In this project, we apply the technology of complex networks to DNA-protein complexes, and then generate their networks to study the DNA-protein interaction mechanism. The calculation of a variety of network parameters, including degree distributions, clustering coefficients，average shortest paths, and some new descriptors derived from chemical graph theory and so on, can provide useful tools to describe the topologies of the DNA-protein complexes and propose a new classification methodology.Combining with the Elastic network model (ENM),we study the dynamical properties of complex networks which includes reveal long-range DNA-protein interactions by the correlation coefficient and identify the DNA binding residues through root mean square fluctuation (RMSF). Furthermore, we will also explore the internal relationship between the network parameters and dynamical properties, and to explore the theoretical and mathematical basis for further understanding the structure and function of DNA-protein complexes.

DNA-蛋白质相互作用在生命体系中行使着各种生物功能，因此研究DNA-蛋白质之间的识别规律对深入理解生命活动起着至关重要的作用。随着越来越多的DNA-蛋白复合体结构的测定, 为系统研究DNA与蛋白质之间的相互作用提供了新的发展契机，需要用新的理论和方法来表达和解释。在本项目中，我们应用复杂网络的方法，建立DNA-蛋白复合体网络结构，研究DNA-蛋白质的相互作用机制。通过计算这些网络的各种网络参量，包括度分布，聚集系数，平均最短路径，以及基于化学图论的几种新的指标等等去刻画DNA-蛋白复合体的拓扑结构并提出新的分类方法学。结合弹性网络模型，研究复合体网络的动力学性质，通过相关系数揭示DNA-蛋白质的长程相互作用，通过根均方系数识别蛋白质结合DNA的关键残基。此外，我们还将探索网络参数与动力学性质之间的内在联系，为进一步理解DNA-蛋白复合体的结构和功能探索理论和数学基础。

网络理论的兴起为研究蛋白质折叠以及结构功能关系注入了全新的思路与方法。蛋白质分子可以视作以氨基酸为节点，以残基间相互作用为边连接而构成的复杂系统。对氨基酸网络的分子指标和弹性网络的动力学研究将增加对蛋白质拓扑学机理的了解和研究蛋白质功能性质，为系统生物学的新理论和新方法以及蛋白质和药物设计的研究打开一个新窗口。.本课题主要关注于蛋白复合体网络结构的构建，及其拓扑学和动力学分析。包括：1）应用复杂网络的方法，建立蛋白复合体网络结构，研究蛋白-蛋白的相互作用机制。通过计算这些网络的各种网络参量，包括度分布，聚集系数，平均最短路径，以及基于化学图论的几种新的指标深入研究了蛋白质复合物的拓扑性质对功能的影响。2）结合弹性网络模型，研究了蛋白复合体网络的聚合效应以及DNA-蛋白复合体网络的动力学性质，通过相关系数揭示DNA-蛋白质的长程相互作用，通过根均方系数识别蛋白质结合DNA的关键残基。3）我们还探索了网络参数与动力学性质之间的内在联系，以及基于蛋白质结构网络的药物发现。