基于优化片段搜索和残基接触预测的全新蛋白质结构从头预测算法设计

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31670723
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0504.物理生物学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

In order to perform their physiological roles, macromolecules like proteins have to fold into their unique native conformations, which renders the importance of the structural studies of proteins. However, the experimental protein structural determinations, albeit well developed, are lagging far behind the derivation of amino acid sequences of proteins. Protein structure prediction, the computational technique that utilizes the amino acid sequences to predict the tertiary structures, can effectively fill the gap between sequencing and structural determination. Unlike the relatively mature protein structure prediction techniques including the homologous modeling and threading, the ab initio prediction methods predict the tertiary structures from the amino acid sequences purely based on first principles and are thus independent of the presence of homologous templates in the structural database. Unfortunately, none of the available ab initio prediction algorithms can predict the protein tertiary structures reliably. In this project, we plan to improve the accuracy and reliability of the present ab initio methods. On one hand, we will optimize the searching of fragments with low homology, which may greatly improve the efficiency of the subsequent fragment assembly that predict the protein structures by randomly assembling the identified fragments. On the other hand, we will further improve the present algorithm for predicting the contacts between amino acid residues, by effectively combining the respective information derived from the structure and sequence databases. The predicted residue contacts can further facilitate the protein structure prediction by reducing the sampling space. Combining the above two improvements, we will develop a novel algorithm for the ab initio protein structure prediction.
蛋白质需要折叠到其天然态构象行使生理功能,因此蛋白质的结构研究非常重要。虽然实验测定蛋白质结构的方法发展很快,但是仍远远落后于氨基酸序列测定的速度。蛋白质结构预测通过理论计算,根据氨基酸序列预测三级结构,因此能有效地填补结构和序列测定间的鸿沟。在蛋白质结构预测方法中,不同于较为成熟的同源建模法和穿线法,从头预测法完全根据物理化学规律进行预测,因此不依赖于结构数据库中是否存在同源模板。但是,目前没有一种从头预测法能可靠地预测蛋白质结构。本项目中,我们计划提高从头预测法的准确度和可靠性。一方面,我们优化远同源片段的搜索,进一步提高使用片段组装法通过拼接这些片段模板来预测蛋白质结构的效率。另一方面,我们通过有效结合得自于结构和序列数据库的信息,优化氨基酸残基间接触的预测。预测所得的残基接触信息可以缩减采样空间,从而进一步辅助结构预测。结合以上改进,我们计划发展一种全新的蛋白质结构从头预测算法。

结项摘要

蛋白质需要折叠到其天然态构象行使生理功能,因此蛋白质的结构研究非常重要。虽然实验测定蛋白质结构的方法发展很快,但是仍远远落后于氨基酸序列测定的速度。蛋白质结构预测通过理论计算,根据氨基酸序列预测三级结构,因此能有效地填补结构和序列测定间的鸿沟。在蛋白质结构预测方法中,不同于较为成熟的同源建模法和穿线法,从头预测法完全根据物理化学规律进行预测,因此不依赖于结构数据库中是否存在同源模板。但是,目前少有从头预测法能可靠地预测蛋白质结构。本项目中,我们开发了多种算法从多个角度提升从头预测方法的准确率和可靠性。特别是DeepFragLib、AmoebaContact+GDFold和GANProDist等三种算法或流程,不仅在算法的设计思路上具有高度的创新性,而且在性能上也至少达到了与领域内主流算法的持平的效果。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Molecular dynamics study of ion transport through an open model of voltage-gated sodium channel
通过电压门控钠通道开放模型进行离子传输的分子动力学研究
  • DOI:
    10.1016/j.bbamem.2017.02.003
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Biochimica ET Biophysica Acta-Biomembranes
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Li Yang;Sun Ruining;Liu Huihui;Gong Haipeng
  • 通讯作者:
    Gong Haipeng
Molecular determinants for the thermodynamic and functional divergence of uniporter GLUT1 and proton symporter XylE.
单向转运蛋白 GLUT1 和质子同向转运蛋白 XylE 的热力学和功能差异的分子决定因素
  • DOI:
    10.1371/journal.pcbi.1005603
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    PLoS computational biology
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Ke M;Yuan Y;Jiang X;Yan N;Gong H
  • 通讯作者:
    Gong H
Simulating the ion permeation and ion selection for a eukaryotic voltage-gated sodium channel Na(V)PaS.
模拟真核电压门控钠通道 NaVPaS 的离子渗透和离子选择
  • DOI:
    10.1007/s13238-018-0522-y
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
    Protein & cell
  • 影响因子:
    21.1
  • 作者:
    Zhang J;Mao W;Ren Y;Sun RN;Yan N;Gong H
  • 通讯作者:
    Gong H
Simulating the Activation of Voltage Sensing Domain for a Voltage-Gated Sodium Channel Using Polarizable Force Field
使用极化力场模拟电压门控钠通道的电压传感域的激活
  • DOI:
    10.1021/acs.jpclett.7000023
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry Letters
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Sun Rui Ning;Gong Haipeng
  • 通讯作者:
    Gong Haipeng
Predicting the Real-Valued Inter-Residue Distances for Proteins.
预测蛋白质的实值残基间距离。
  • DOI:
    10.1002/advs.202001314
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ding W;Gong H
  • 通讯作者:
    Gong H

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基于人工智能的蛋白质结构预测算法开发
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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