（生物医学工程专业论文）蛋白质核酸相互作用的统计分析与预测.pdf

东南大学博士学位论文 机森林算法( r f ) 具有速度快、鲁棒性好的特点，所以我们使用r f 算法来构建我们的模型。编码氨 基酸序列的组合特征主要集成了序列的进化信息、二级结构信息和序列正交编码信息( 反映氨基酸的 偶极矩和侧链体积二种物化性质) 。由于蛋白质中结合残基位点数目要远小于非结合位点数目，我们 提出一种新的算法来处理训练数据中正负样本数目不均衡的问题。结果显示：我们的模型达到了很好 的预测效果，具有9 1 4 1 准确率，0 7 0m a t t h e w 相关系数和0 9 1 3 a u c 值。到目前为止，我们的r f 模型是所有不利用三级结构信息来预测d n a 一结合残基的模型中预测效果最好的。通过实例，验证了我 们的r f 模型有助于理解蛋白质一d n a 相互作用。我们构建了在线预测平台d b i n d r ( h t t p ：w w w c b i s e u e d u c n d b i n d r d b i n d r h t m ) 用来预测蛋白质中的d n a - 结合残基。 4 蛋白质一核酸复合物中氢键和范德华力的氨基酸和核酸相对使用偏性的统计分析 氢键和范德华力是蛋白质一核酸复合物中最主要的相互作用力。我们利用h b p l u s 软件计算了复合 物结构中的氢键和范德华力，然后对氢键和范德华作用对中的氨基酸和核苷酸的相对使用偏性进行了 统计分析。主要的发现有：( i ) 在蛋白质d n a 复合物中，氢键数量略小于范德华作用对数量；而在 蛋白质r n a 复合物中，氢键数量要远少于范德华作用对数量。( 2 ) 在蛋白质d n a 复合物中，a r g 和l y s 形成氢键和范德华力作用的能力突出，且形成氢键的能力要高于范德华力。这主要是因为a r g 和l y s 侧链上含有较多的能够形成氢键的n 和o 原子，而且侧链较长，摆动性好，更易于核苷酸分 子形成氢键。而在p o n a 分子中不存在明显的大小沟结构，所以a r g 和l y s 这种优势减弱，形成氢 键能力降低。而相比较而言，侧链不带电荷的a s n 、s e r 、t h r 形成氢键的能力明显增强，这主要是 因为它们的侧链都含有能够形成氢键的o h 基团，并且侧链短，分子量小，而p o n a 分子结构更为灵 活，这样的氨基酸侧链结构更易于与r _ n a 分子形成氢键作用。( 3 ) 随着偶极矩的增大，氨基酸与核 苷酸形成氢键与范德华力的能力增强，说明氨基酸的极性大小在残基与核苷酸形成氢键与范德华力的 过程中起到至关重要的作用。另外，氨基酸侧链的体积也会影响复合物中氢键与范德华相互作用的形 成。( 4 ) 对核酸而言，各种碱基与残基形成氢键与范德华作用的能力区别不大。( 5 ) 氨基酸核苷酸组 合在不同功能的蛋白质核酸复合物中形成氢键与范德华作用的能力差异不显著。 5 蛋白质一核酸复合物中氢键和范德华作用对数量的预测 我们利用支持向量回归机模型( s v r ) 和一组合特征直接从蛋白质和核酸序列来预测复合物中氢 键和范德华作用对的数量。这一组合特征集成了序列长度、氨基酸三联体频率和核酸二联体频率三部 分信息。我们的s v r 模型取得了很好的预测效果。例如，对蛋白质一d n a 复合物中的氢键数量预测时取 得了2 6 7 2 r m s e 值、0 4 7 5d e v a p 值和0 8 8 3p e a r s o n 相关系数值纠。进一步的特征分析发现核酸 二联体频率信息在预测氢键和范德华作用对数量中具有重要的贡献。我们也发现氨基酸的极性大小在 其与核酸形成氢键与范德华力的过程中起到至关重要的作用。我们构建了在线预测平台h - v d w ( h t t p ：w w w c b i s e u e d u c n h v d w h v d w h t m ) 用来预测蛋白质一核酸复合物中氢键和范德华作用 对的数量。 关键字：蛋白质一核酸相互作用，结合位点，亲和力，机器学习，序列特征 东南大学博士学位论文 t h e s i st i t l e ： m a s t e rn a m e ： 英文摘要( a b s t r a c t ) s t a t i s t i ca n a l y s i sa n dp r e d i c t i o no fp r o t e i n - n u c l e i ca c i di n t e r a c t i o n uj i a n s h e n g s u p e r ：v 1 s o rn a m e ：s u nx i a o s c h o o ln a m e ： s o u t h e a s tu n i v e r s i t y p r o t e i n sc o n t r o lav a r i e t yo fv i t a lb i o l o g i c a lp r o c e s s e st h r o u g hi n t e r a c t i o n sw i t hd n ao rr n am o l e c u l e s s u c ha sg e n er e g u l a t i o n ，a s s e m b l ya n df u n c t i o no fr i b o s o m e c u r r e n t l y , t h e r ea r e2 0 5 8p r o t e i n - n u c l e i ca c i d c o m p l e xs t r u c t u r e si n 也ep r o t e i nd a t ab a n k ( p d b ；j u n e2 0 0 8 ) t h e s es t r u c t u r e sp r o v i d ei m p o r t a n td e t a i lt h a t a i d so u ru n d e r s t a n d i n go fc e l l u l a rp r o c e s s e s i nt h i sp a p e r w ea n a l y z et h ei n t e r a c t i o nb e t w e e np r o t e i n sa n d n u c l e i ca c i dm o l e c u l e su s i n gs t a t i s t i cm e t h o d s a n dp r e d i c tt h ed n a - b i n d i n gr e s i d u e si np r o t e i n sa n dt h e n u m b e ro fh y d r o g e nb o n d s ( h - b o n d s ) a n dv a nd e rw a l l sc o n t a c t si np r o t e i n - n u c l e i ca c i dc o m p l e x e sb y m a c h i n el e a r n i n gm e t h o d s t h ed e t a i l sa r ed e s c r i b e da sf o l l o w s ： 1 m a c h i n el e a r n i n gm e t h o d si nb i o i n f o r m a t i e s w ei n t r o d u c et h ec o m m o nm a c h i n el e a r n i n gm e t h o ( 1 su s e di nb i o i n f o r m a t i c sr e s e a r c h e s t h ep r o c e d u r eo f d e s i g n i n gp r e d i c t i o nm o d e l su s i n gm a c h i n el e a r n i n gm e t h o d si n c l u d e sf i v es t e p s ：( 1 ) d a t ac o l l e c t i o n ：i ti s i m p o r t a n tf o rp r e d i c t o r st oc o l l e c te n o u g ha n de x c e l l e n tt r a i n i n gd a t a s e t s ，a n dq u i t en e c e s s a r yt oa c h i e v e e x e l l e n tp e r f o r m a n c e ；( 2 ) f e a t u r es e l e c t i o n ：h o wt op i c ku ps o m ee f f e c t i v ea n ds i g n i f i c a n tf e a t u r e s ? t h i si s t h em o s ti m p o r t a n c et h e m ef o rc o n s t r u c t i n gap r e d i c t o rb ym a c h i n el e a r n i n gm e t h o d s ；( 3 ) s e l e c t i o no f p r e d i c t i o nm e t h o d s ；( 4 ) t r a i n i n ga n dp r e d i c t i n g ；( 5 ) e v a l u a t i o no fp r e d i c t i o nm o d e l s i no r d e rt oa s s i s tt h e d e s i g no fs h o r ti n t e r f e r i n gr i b o n u c l e i ca c i d s ( s i r n a ) ，5 7 3n o n - r e d u n d a n ts i r n a sa r ec o l l e c t e df r o m p u b l i s h e dl i t e r a t u r e sa n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns i r n a ss e q u e n c e sa n dr n ai n t e r f e r e n c e ( r n a i ) e f f i c i e n c yi sa n a l y z e db yas u p p o r tv e c t o rm a c h i n e ( s v m ) b a s e da l g o r i t h mr e l i e do nab a s e b a s ec o r r e l a t i o n ( b b c ) f e a t u r e o u rp r o p o s e da l g o r i t h mi sb e t t e rt h a nt h ep u b l i s h e da l g o r i t h m so nt h ec o l l e c t e dd a t a s e t s ，a n d t h i si n d i c a t e st h a tm o r ea r e n t i o ns h o u l db ep a i dt ot h eb a s e b a s ec o r r e l a t i o ni n f o r m a t i o ni nf u t u r es i r n a d e s i g n i na d d i t i o n , t h ec l a s s i f i e r sa r ec o n s t r u c t e du s i n gs u p p o r tv e c t o rm a c h i n em e t h o d sw i t ht h er e l a t i v e c o d o nu s ef r e q u e n c y 征c u ) t op r e d i c th o r i z o n t a lg e n et r a n s f e r si nb a c t e r i a lg e n o m e s t h ep e r f o r m a n c eo fo u r a p p r o a c hi ss u p e r i o rt ot h a to ft s i r i g o se t a lm e t h o d ，w h i c hi so n eo ft h eb e s tp r e d i c t i v ea p p r o a c h st od a t ei n d e t e c t i n go fh o r i z o n t a lt r a n s f e rg e n e s i na d d i t i o n , a n o t h e rc o m p u t a t i o n a lm e t h o di sp r o p o s e dc o n s i d e r i n g s t r a n da s y m m e t r ya n dp r e d i c t i n gh o r i z o n t a lg e n et r a n s f e r so fl e a d i n gs t r a n da n dl a g g i n gs t r a n do fg e n o m e s u n d e rc o n s i d e r a t i o n , r e s p e c t i v e l y a st h e o r e t i c a l l ye x p e c t e d ，t h em e t h o dc o n s i d e r i n gt h es t r a n da s y m m e t r y r e s u l t si nh i g h e rp e r f o r m a n c et h a nt h eo r i g i n a lm e t h o d 2 s t a t i s t i ca n a l y s i so fn u c l e o t i d e - - b i n d i n gr e s i d u e si np r o t e i n s t h ep r i n c i p l eo fn u c l e i ca c i dm o l e c u l e sb i n d i n gt op r o t e i n si np r o t e i n - n u c l e i ca c i dc o m p l e x e si ss t i l ln o t v e r yc l e a r , e s p e c i a l l yt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e np r o t e i n sa n dr n am o l e c u l e s t h e r e f o r e ，w ec o l l e c ta l l t h e a v a i l a b l ep r o t e i n - n u c l e i ca c i dc o m p l e xs t r u c t u r e si nt h ep r o t e i nd a t ab a n k ( p d b ) d a t a b a s e ，a n dt h e na n a l y z e t h er u l e sc o n t r o l l i n gt h er e c o g n i t i o no fr e s i d u e sb yn u c l e o t i d e su s i n gs t a t i s t i c a lm e t h o d s t w e n t yk i n d so f a m i n oa c i d sa r ed e v i d e di n t o6g r o u p sa c c o r d i n gt ot h ed i p o l em o m e n ta n ds i d e c h a i nv o l m a mo fa m i n oa c i d s i 东南大学博上学位论文 t h em a i nc o n c l u s i o n sa r e ：( 1 ) t h eh i g h e rt h ed i p o l em o m e n ti s ，t h ep o t e n t i a lo fr e s i d u e sb i n d i n gn u c l e o t i d e s i sg r e a t e r i ti n d i c a t e st h a tt h ep o l a ro fa m i n oa c i d sp o s s i b l yp l a y sak e yr o l ei nd e t e r m i n i n gt h e i rb i n d i n gt o n u c l e o t i d e s ( 2 ) t h e r ei sn oo b v i o u sd i f f e r e n c ef o rf o u rt y p e so fn u c l e o t i d e sb i n d i n gr e s i d u e s ( 3 ) a r g - a ， a r g t m ) ，a r g - ca n da r g - ga r et h em o s tp 0 ”kp a i r sd u r i n gt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nr e s i d u e sa n d n u c l e o t i d e s ( 4 ) t h ei n t e r a c t i o np r o p e n s i t y s h o w sn o s i g n i f i c a n td i v e r s i t ya m o n gt h eg r o u p so f p r o t e i n n u c l e i ca c i dc o m p l e x e sw i t hd i f f e r e n tf u n c t i o n ( 5 ) w i t ht h ei n c r e a s eo fc u t o f fd i s t a n c ed e f i n i n gt h e b i n d i n gr e s i d u e s ，t h e r ei sad e s c e n d i n gs p e c i f i c i t yi nt h eu s a g eo fa m i n oa c i d s 3 p r e d i c t i o no fd n a - b i n d i n gr e s i d u e si np r o t e i n s i nt h i sw o r k , w ea i mt od e v e l o pac o m p u t a t i o n a la p p r o a c hf o rp r e d i c t i n gd n a - b i n d i n gr e s i d u e si n p r o t e i n sf r o ma m i n oa c i ds e q u e n c e s t oa v o i do v e r - f i t t i n gw i t ht h i sm e t h o d , a l la v a i l a b l ed n a - b i n d i n g p r o t e i n sf r o mt h ep r o t e i nd a t ab a n k ( p d b ) a r eu s e dt o c o n s t r u c tt l l em o d e l s t h er a n d o mf o r e s t ( r f ) a l g o r i t h mi su s e db e c a u s ei ti sf a s ta n dh a sr o b u s tp e r f o r m a n c ef o rd i f f e r e n tp a r a m e t e rv a l u e s an o v e lh y b r i d f e a t u r ei sp r e s e n t e dw h i c hi n c o r p o r a t e se v o l u t i o n a r yi n f o r m a t i o no ft h ea m i n oa c i ds e q u e n c e ，s e c o n d a r y s t r u c t u r e ( s s ) i n f o r m a t i o na n do r t h o g o n a lb i n a r yv e c t o r ( o b v ) i n f o r m a t i o nw h i c hr e f l e c t st h ec h a r a c t e r i s t i c s o f 2 0k i n d so fa m i n oa c i d sf o rt w op h y s i c a l - c h e m i c a lp r o p e r t i e s ( d i p o l e sa n dv o l u m e so ft h es i d ec h a i n s ) t h en u m b e r so fb i n d i n ga n dn o n - b i n d i n gr e s i d u e si np r o t e i n sa r eh i g h l yu n b a l a n c e d ，s oan o v e ls c h e m ei s p r o p o s e dt od e a lw i t ht h ep r o b l e mo fi m b a l a n c e dd a t a s e t sb yd o w n s i z i n gt h em a j o r i t yc l a s s t h er e s u l t ss h o w t i l a tt h er fm o d e la c h i e v e s9 1 4 1 o v e r a l la c c u r a c yw i t hm a t t h e w sc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to f0 7 0a n da n a r e au n d e rt h er e c e i v e ro p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i cc u r v e ( a u c ) o f0 9 1 3 t oo u rk n o w l e d g e t h er fm e t h o d u s i n gt h eh y b r i df e a t u r ei sc u r r e n t l yt h ec o m p u t a t i o n a l l yo p t i m a la p p r o a c hf o rp r e d i c t i n gd n a - b i n d i n gs i t e s i np r o t e i n sf r o ma m i n oa c i ds e q u e n c e sw i t h o u tu s i n gt h r e e - d i m e n s i o n a ls t r u c t u r a li n f o r m a t i o n w e d e m o n s t r a t et h a tt h ep r e d i c t i o nr e s u l t sa r eu s e f u lf o ru n d e r s t a n d i n gp r o t e i n - d n ai n t e r a c t i o n s d b i n d r w e b s e r v e ri m p l e m e n t a t i o ni sf r e e l ya v a i l a b l ea th t t p ：w w w c b i s e n e d u c i l d b i n d i v d b i n d r h t m 4 s t a t i s t i ca n a l y s i so fh y d r o g e nb o n d sa n dv a nd e rw a l l sc o n t a c t si np r o t e i n - n u c l e i ca c i dc o m p l e x e s h y d r o g e nb o n d s ( h - b o n d s la n dv a nd e rw a i l sc o n t a c t s ( v d w - c o n t a c t s ) a r et h em o s tt w oi m p o r t a n t i n t e r a c t i o nf o r c e s t h ei n t e r a c t i o ns p e c i f i c i t yi sm a i n l yd e t e r m i n e db yh b o n d sb e t w e e ns i d ec h a i n so f r e s i d u e sa n db a s ee d g e so fn u c l e i ca c i d s t h ev d w - c o n t a c t se x h i b i tn oo b v i o u sp r e f e r e n c ei na m i n oa c i d s a n dn u c l e i ca c i d s a n dt h em a i nc o n t r i b u t i o no fv d w 毛o n t a c t si st os t a b i l i z e 也es t r u c t u r eo fp r o t e i n - n u c l e i c c o m p l e x e s w ec a l c u l a t et h eh b o n d sa n dv d w - c o n t a c t si nt h es t r u c t u r e sb yh b p l u sp r o g r a m e ，a n dt h e n a n a l y z et h ei n t e r a c t i o np r o p e n s i t yo f a m i n oa c i d sa n dn u c l e o t i d e si nh - b o n d sa n dv d w - c o n t a c t s w ef i n d ：( 1 ) t h en u m b e ro fh b o n d si s s l i g h t l yl e s st h a nt h a to fv d w - c o n t a c t si np r o t e i n d n ac o m p l e x e s w h i l e h b o n d si sm u c hl o w e rt h a nv d w - c o n t a c t si np r o t e i n r n ac o m p l e x e s ( 2 ) w i t ht h ei n c r e a s eo fd i p o l e m o m e n to fa m i n oa i c d , t h ep o t e n t i a lo fa m i n oa c i d f o rf o r m a t i o no fh b o n d sa n dv d w - c o n t a c t sb e c o m e s g r e a t e r , s h o w i n gt h a tt h ep o l a ro fa m i n oa c i dp e r h a p s i sav i t a lf a c t o rf o rf o r m a t o no fh - b o n d sa n d v d w - c o n t a c t s i na d d i t i o n t h ev o l u n mo fs i d ec h a i no fa m i n oa c i dm a yk i n d l ya f f e c tt h ef o r m a t i o no f h b o n d sa n dv d w - c o n t a c t s ( 3 ) t h e r ei sn oo b v i o u sd i f f e r e n c ea m o n gt h ep r o p e n s i t i e so ff o u rk i n d so f n u c l e o t i d e sf o rf o r m a t i o no fh b o n d so rv d w - c o n t a c t s ( 4 ) t h ei n t e r a c t i o np r o p e n s i t yo fe a c hk i n d o fa m i n o a c i do rn u c l e o t i d es h o w sn os i g n i f i c a n td i v e r s i t ya m o n gt h eg r o u p so fp r o t e i n - n u c l e i ca c i dc o m p l e x e sw i t h d i f r e r c n tf u n c t i o n 5 q u a n t i t a t i v ep r e d i c t i o no f h b o n d sa n dv d w - c o n t a c t si np r o t e i n - n u c l e i ca c i dc o m p l e x e s t h es u mo fh - b o n d sa n dv a nd e rw a a l sc o n t a c t s ( - 7 5 o fa l la t o m i ci n t e r a c t i o n s ) c a nb eh e l p f u lt oa i di n u n d e r s t a n d i n gt h eb i n d i n ga f f i n i t yo fp r o t e i n - n u c l e i ca c i dr e c o g n i t i o n t h e r e f o r e ，an o v e lm e t h o di sp r e s e n t e d t oq u a n t i t a t i v e l yp r e d i c tt h en u m b e ro fh y d r o g e nb o n d s ( h b o n d s ) a n dv a nd e rw a a l sc o n t a c t sd i r e c t l yf r o m 东南大学博士学位论文 p r o t e i na n dn u c l e i ca c i ds e q u e n c e su s i n gs u p p o r tv e c t o rm a c h i n er e g r e s s i o n ( s v r ) m o d e l si nc o n j u n c t i o n w i t hah y b r i df e a t u r e t h eh y b r i df e a t u r ec o n s i s t so ft h es e q u e n c e 1 e n g t hf r a c t i o ni n f o r m a t i o n ，a m i n oa c i d s e q u e n c ea t t r i b u t e st e r m e dc o n j o i n tt r i a da n dn u c l e i ca c i ds e q u e n c ea t t r i b u t e sc a l l e dc o n j o i n td i a d t h e s v r - b a s e dm o d e l sa c h i e v e se x c e l l e n tp e r f o r m a n c e f o re x a m p l e ，ar o o tm e a ns q u a r ee r r o r ( r m s e ) o f2 6 7 2 w i t had e v a po f0 4 7 5a n dp e a r s o nc o r r e l a t i o nt o e 伍c i e n t ( r ) o fo 8 8 3i sr e a c h e df o rm o d e l i n gt h en u m b e ro f h - b o n d si np r o t e i n - d n a c o m p l e x e s f u r t h e ra n a l y s i si n d i c a t e st h a tt h en u c l e i ca c i ds e q u e n c ea t t r i b u t e sp l a y i m p o r t a n tr o l e si nd e f i n i n gt h en u m b e ro fh b o n d sa n dv a nd e rw a a l sc o n t a c t s t h ep o l a r i t yo fa n l i n oa c i d si s a l s of o u n dt op l a yav i t a lr o l ei nt h ef o r m a t i o no fh b o n d sa n dv a nd e r 删sc o n t a c t s w ec o n s t r u c taw e b s e r v e rh - v d w ( h t t p ：w w w c b i s e u e d u c n h v d w h v d w h t m ) f o rp u b l i ca c c e s st ot h es 己m o d e l s k e y w o r d s ：p r o t e i n - n u c l e i ca c i di n t e r a c t i o n ；b i n d i n gr e s i d u e s ；a f f i n i t y ；m a c h i n el e a r n i n gm e t h o d s ；s e q u e n c e f e a t u r e s v 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：甚叁鉴日期：垒习：i ：至弓 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名屡差叁导师签名：研究生签名安垂鉴导师签名： 日期： 第一章绪论 在 类的文明史中，人们从未停止过对生命本原的思索和探求。1 9 5 3 年w a t s o n 和c r i c k 提出 了脱轼核糖桉酸( d n a ) 的双螺旋模型，阐明了它是遗传情息的携带者，从而开辟了现代分子生物学 的新纪元。六十年代初，施着“遗传 i f 码”的破译，人们发现尽管生命现象千窭百态，但生命体的 本质却有着商度的一致性。2 l 世纪韧，历时l o 多年耗资2 0 亿美元的人类基因组计划最终完成海 量的d n a 内在信息呈现于世人面前生物学又i 虫来了一个重大的分隔点：前基因组时代的演击和后基 因组时代的到来。蛋白质和核酸是构成生命体最为重要的两类生物大分子蛋白质与棱酸的相互作用 是许多细胞功能的核心近年来，随着x 一射线晶体衍射( x r a yc r y s t a l l o g r a p h y ) 卜7 和多维梭碰 共振波措学( n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n b i l c es p e c t r o s c o p y ) 8 1 0 等物理技术的日趋成熟与完善。 越米越多的高丹辨率蚩白质桉酸的复合物三维结构被测出，使我们能够从原子水甲l 来研究蛋白质和 核酸的相互作用。 1 1 蛋白质一d n a r n a 的相互作用 序列特异性d n a 结音蛋白( s e q u e n c e s p e c i f i cd n a b i n d i n gp r o t e i n s ) 在基西表达调控( g e n e e x p r e s s i o nr e g u l a t i o n ) 1 1 和d n a 重组( r e c o m b i n a t i o n ) 1 2 、限制酶内切( r e s t r i c t i o n ) 13 及复制( r e p l i c a t i o n ) 1 4 等细胞过程调控( r e g u l a t i n gc e l l u l a rp r o c c s s e s ) 中发挥极其重要的作 卅因此灶生物化学、分子生物学、生物信息学及生物物理学研究的重要内容。编码d n a - 结合蚩白 的序列占原核生物基因组序列的2 - 3 占真核生物基因组编码区序列的6 - 7 。序列特异忡d n a 结合 蚩自在调控细胞过程中起着关键作用它们包括一系列的转录因子、d m 复制相芙酶、转移酶，异构 酶，水解酶菩，因此它们目前已经成为极富吸引力的药物发展靶标( t a r g e t s ) ，例如p 5 3 、n f xb 等 序州特异性d n a 结合蛋白与肿痛发生关系密切在肿痂发生中拮抗或阻断关键转录事件( b e y t r a n s c n p t l o n a le v e n t s ) 就可以成为肿瘤治疗的有效途径。 蛋白质的n 一螺旋和b 一折叠在定程度h 可以和d n a 分子且补，o 一螺旋可以与n n a 太沟吻合， 反平行1 3 一折叠可以进人d 姒小内。高度专一性的识别总是通过一个n 一螺旋结构域与变形的b - n 大沟中的碱基相互作用来实现的。这样n 一螺旋必须保持f 列两种形式2 ：或者通过一十b 一转角 结构与d n a 相互作片j ，或者通过第一个螺旋 1 5 。1 7 前已发现的许多d n a 结合蛋白，其中个片断 ( 通常在1 0 0 个氨基酸残些以f ) 单独存在时，具有相当的结合能力。这些片断称为d n a 结合结构 域( d n ab i n dl n gd o m a i n ) 。b n a 结合结构域比整个d n a 结音蛋白要小很多，因此研究该结构域就使 问题得以简化。目前己知的d n a 结合蛋白的d n a 结合结构域主要的3 种结构形式为( 图卜i ) ：螺旋 一转折一螺旋 1 1 ，1 6 1 8 、亮氮酸拉链( 1 9 - 2 1 和锌指 2 2 一“ 。随着对d n a 结构域的研究手段的不断 发屉，人们x 发现d n a 结台结构域的其它5 种不同的结构形式见嘲卜2 z 5 。 醋卜1 三神土要的d n _ 结合蛋白的o n a 一结合结构域( a ) 螺旋一转折一螺旋( 6 c r o ) ( b ) 锌指( i a i f ) a n d ( c ) 亮氮酸拉链( 2 1 w , c ) 。灰色的带状为蛋白质：黑色的双链为d n a ：灰色小球为锌原子。 东南大学博士学位论文 t h - g r o u p s o f 蜘衄m 啦l 黼b 哪一i ，i 蚺t w m