基于序列和结构特征的人类蛋白酶底物裂解的生物信息学研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:61202167
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:F0213.生物信息计算与数字健康
- 结题年份:2015
- 批准年份:2012
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2013-01-01 至2015-12-31
- 项目参与者:王明君; 李小曼; 王辉林; 郑程; 李元;
- 关键词:
项目摘要
The ability of proteases to catalytically hydrolyse protein substrates with the removal of damaged or undesirable products is fundamental for all forms of life. The importance of protease-controlled proteolysis is apparent in numerous human pathological conditions related to alterations in proteases, including cancer, arthritis, inflammation, degenerative and cardiovascular diseases. Proteases act as processing enzymes that carry out either highly or moderately selective cleavage of the scissile bond after the specific cleavage site in their substrate. The key bottleneck to understanding the physiological role of a protease is to identify its natural substrate(s). Knowledge of the substrate specificity of a protease can dramatically improve our ability to predict target protein substrates and develop specific inhibitors; however, this information can at present only be derived from expensive and time-consuming experimental approaches. However, a major problem in the field is accurate prediction of the target specificity of proteases is currently not possible. In this project, we aim to develop bioinformatic approaches to make testable predictions in regards to the substrate specificity and biological targets of several cysteine and serine proteases, by focusing on the human cysteine and serine protease families, including human calpain, caspase-3, caspase-6, granzyme B and thrombin. We will characterize the sequence and structural determinants of substrate cleavage sites. We will ascertain whether structural information of protease/inhibitor/substrate complexes can help guide our ability to predict the preference of a protease for binding a particular amino acid at each of its subsites. We will use the developed approaches to perform in silico screening in human proteomes and experimentally verify the predicted novel substrates to shed light on functional regulation of the proteases. This study will provide novel basic understanding of the substrate specificity of proteases and provide novel insights into the effective screening of novel substrates and rational design of inhibitors.
由蛋白酶所调控的底物水解对于所有生命形式具有重要的基础意义。失控的蛋白酶底物水解则跟许多人类疾病密切相关,包括癌症、炎症以及心血管疾病等。蛋白酶对于所作用的反应底物有着严格的选择性,仅能特异性水解底物中特定位置的肽键。蛋白酶功能研究的核心瓶颈是如何准确识别所有的天然底物。掌握蛋白酶底物特异性知识能够极大提高我们预测酶底物以及设计抑制剂的能力,然而,目前这一信息获取只能依赖于实验手段。因而,本研究领域的一个核心问题是对底物特异性的准确预测能力相当有限。本课题以具有重要生物功能的几种人类半胱氨酸和丝氨酸蛋白酶为研究对象,旨在针对底物裂解位点临近序列和结构信息进行创新性、系统性的智能计算和生物信息分析及深入研究,找出决定底物特异性的重要序列和结构特征以及规律性信息,开发高效准确的蛋白酶底物裂解位点机器学习模型,为深入了解蛋白酶生化反应规律、底物识别和抑制剂设计提供重要信息与理论指导。
结项摘要
在自然基金青年基金资助下,我们获取了以下的研究成果:(i)对胱天蛋白酶(Caspases,又称半胱天冬酶)和颗粒酶B(Granzyme B)的底物裂解特异性开展了一系列深入的研究。(ii)研究了几种主流的大肠杆菌重组蛋白可溶性的预测工具,从一下几个方面进行了全名综合的比较和评价,包括:预测性能、可用性、功用、工具开发和确证方法。(iii)构建了四种物种(包括酵母、人、老鼠和拟南芥)特异性的蛋白质泛素化数据集,并全面系统的比较综述了目前存在的各类蛋白质泛素化位点的预测方法的优劣性,它们各自的特点以及用户在使用这些方法时应注意的问题。(v)研发了一种基于氨基酸指数(AAindex)的有效生物信息算法,来预测区分蛋白质结构中存在的平行二聚体和三聚体卷曲螺旋(coiled coils),这一工具称为RFCoil。(vi)对蛋白质结晶过程的重要理化性质与蛋白质克隆、表达、纯化和结晶过程多个实验步骤的相关性进行了深入研究。开发出新的序列分析工具,称为PredPPCrys (http://www.structbioinfor.org/PredPPCrys/),用以精确预测目标蛋白质结晶多步骤实验过程成功的倾向性。通过该基金的资助,我们共发表了17篇SCI论文。
项目成果
期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
PredPPCrys: accurate prediction of sequence cloning, protein production, purification and crystallization propensity from protein sequences using multi-step heterogeneous feature fusion and selection.
PredPPCrys:使用多步骤异质特征融合和选择准确预测蛋白质序列的序列克隆、蛋白质生产、纯化和结晶倾向
- DOI:10.1371/journal.pone.0105902
- 发表时间:2014
- 期刊:PloS one
- 影响因子:3.7
- 作者:Wang H;Wang M;Tan H;Li Y;Zhang Z;Song J
- 通讯作者:Song J
An integrative computational framework based on a two-step random forest algorithm improves prediction of zinc-binding sites in proteins.
基于两步随机森林算法的综合计算框架改进了蛋白质中锌结合位点的预测。
- DOI:10.1371/journal.pone.0049716
- 发表时间:2012
- 期刊:PloS one
- 影响因子:3.7
- 作者:Zheng C;Wang M;Takemoto K;Akutsu T;Zhang Z;Song J
- 通讯作者:Song J
ZincExplorer: an accurate hybrid method to improve the prediction of zinc-binding sites from protein sequences
ZincExplorer:一种精确的混合方法,可改进蛋白质序列中锌结合位点的预测
- DOI:10.1039/c3mb70100j
- 发表时间:2013-01-01
- 期刊:MOLECULAR BIOSYSTEMS
- 影响因子:--
- 作者:Chen, Zhen;Wang, Yanying;Zhang, Ziding
- 通讯作者:Zhang, Ziding
Computational enzyme design approaches with significant biological outcomes: progress and challenges.
具有重大生物学成果的计算酶设计方法:进展和挑战。
- DOI:10.5936/csbj.201209007
- 发表时间:2012
- 期刊:Computational and structural biotechnology journal
- 影响因子:6
- 作者:Li X;Zhang Z;Song J
- 通讯作者:Song J
hCKSAAP_UbSite: Improved prediction of human ubiquitination sites by exploiting amino acid pattern and properties
hCKSAAP_UbSite:通过利用氨基酸模式和特性改进人类泛素化位点的预测
- DOI:10.1016/j.bbapap.2013.04.006
- 发表时间:2013-08-01
- 期刊:BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA-PROTEINS AND PROTEOMICS
- 影响因子:3.2
- 作者:Chen, Zhen;Zhou, Yuan;Zhang, Ziding
- 通讯作者:Zhang, Ziding
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