Dự đoán protein tyrosine sulfation dựa vào các phân tích trên amino acid

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG DỰ ĐOÁN PROTEIN TYROSINE SULFATION DỰA VÀO CÁC PHÂN TÍCH TRÊN AMINO ACID Mã số: T2018-06-89 Chủ nhiệm đề tài: ThS Phạm Thị Thảo Khương Đà Nẵng, 04/2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG 2018 DỰ ĐOÁN PROTEIN TYROSINE SULFATION DỰA VÀO CÁC PHÂN TÍCH TRÊN AMINO ACID Mã số: T2018-06-89 Xác nhận quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên) DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI TT Họ tên Đơn vị công tác Nội dung nghiên cứu cụ Chữ ký lĩnh vực chuyên môn thể giao Phạm Thị Thảo Khoa Điện tử- Mơ hình hóa tốn học, Khương Truyền thông thiết kế mơ hình, chạy liệu, tổng hợp, viết báo cáo Bùi Văn Minh Công ty Điện lực Đà Đánh giá, so sánh kết Nẵng đạt Kiểm tra tính khoa học xác báo cáo ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị Nội dung phối hợp nghiên cứu Họ tên người đại nước diện đơn vị i MỤC LỤ DANH MỤC BẢNG BIỂU IV DANH MỤC HÌNH ẢNH V DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VII THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VIII INFORMATION ON RESEARCH RESULTS XII MỞ ĐẦU CHƯƠNG .3 LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan biến đổi sau phiên dịch Post-Translational Modifications (PTMs) 1.2 Cấu trúc Protein 1.3 Tyrosine Sulfation .16 1.4 Phương pháp nghiên cứu Protein 19 1.5 Dữ liệu sử dụng 26 CHƯƠNG 28 PHƯƠNG PHÁP 28 2.1 Trích xuất đặc điểm .28 2.1.1 Mã hóa 20D Binary 28 2.1.2 Thành phần axit amin (amino acid composition – AAC) 29 2.1.3 Blosum62 29 2.1.4 Ma trận cho điểm cụ thể theo vị trí (position-specific scoring matrix- PSSM) 30 2.1.5 Lai động 34 2.2 Support Vector Machine (SVM) 35 2.3 Đào tạo đánh giá mơ hình 39 CHƯƠNG 44 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 44 3.1 Ảnh hưởng thành phần axit amin xung quanh vị trí Tyrosine Sulfation 44 ii 3.2 Xác nhận chéo đặc điểm cho axit amin vị trí Sulfation .46 3.3 Đánh giá mơ hình dự đốn Sulfation dựa liệu độc lập 47 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 49 Kết luận 49 Hướng nghiên cứu 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Thống kê liệu Sulfation xác minh thực nghiệm tập liệu đào tạo 27 Bảng Kết xác thực chéo năm lần mơ hình SVM đào tạo với tính khác Tổng số 483 chuỗi áp dụng liệu dương âm tương ứng 705 6490 sau loại bỏ chuỗi tương tự (Sn - độ nhạy; Sp - độ đặc hiệu; Acc - xác; MCC - Matthews Correlation Coffic) .47 Bảng Kết thử nghiệm độc lập chi tiết phương pháp 48 iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình - Biến đổi sau phiên dịch Protein (PTMs) chế quan trọng để tăng đa dạng hệ protein Hình - Sự phát triển số lượng cấu trúc protein từ 1972-2006 Hình - Quá trình chuyển từ amino acid thành protein Hình - Các mức độ tổ chức phân tử Protein: cấu trúc bậc 1,2,3, 12 Hình - Minh họa cấu trúc 3D protein .12 Hình - Sơ đồ phản ứng cho trình sunfat hóa xúc tác TPST dư lượng tyrosine Một nhóm sulfate chất PAPS (3′-phosphoadenosine 5′- phosphosulfate) chuyển đến oxy phenolic dư lượng tyrosine chất để tạo thành dư lượng sản phẩm sulfotyrosine PAP (3′-phosphoadenosine 5′- phosphate) 17 Hình - Cấu trúc Sulfation Tyrosine 19 Hình - Thiết bị sắc ký FPLC dùng tinh chế protein 20 Hình - Protein bên ngăn tế bào khác cấu trúc mà đánh dấu protein huỳnh quang xanh (ở có màu trắng) Thứ tự từ trên, từ trái sang phải: Nhân tế bào (nucleus), hạt nhân tế bào (nucleolus), vỏ nhân tế bào (nuclear envelope), lưới nội chất (ER), máy Golgi, thực bào (lyosomes), màng sinh chất (plasma membrane), tế bào chất (cytoplasm), trung thể (centrosome), ty thể (mitochondria), vi ống (microtubule), actin 22 Hình 10 - Các axit amin phân tích để dự đốn cấu trúc bậc 2, bậc cấu trúc protein bậc 4, trường hợp hemoglobin chứa nhóm heme 24 Hình 11 – Bảng mã chuyển đổi mã nhị phân 29 Hình 12 – Bảng mã chuyển đổi theo Blosum62 30 Hình 13 – Bảng mã chuyển đổi theo PSSM 34 Hình 14 Các tính lai cách kết hợp hai nhiều tính đơn lẻ 35 Hình 15 Nguyên tắc SVM .39 Hình 16 Mơ hình đánh giá chéo (cross-validation) 40 v Hình 17 Lưu đồ phân tích bao gồm thu thập tiền xử lý liệu, trích xuất mã hóa, mơ hình .41 Hình 18 Các giá trị TP, FP, FN, TN tập liệu .42 Hình 19 Ảnh hưởng hai mươi axit amin xung quanh vị trí Sulfat A- So sánh thành phần axit amin vị trí Sulfation (màu xanh) vị trí khơng Sulfation (màu đỏ) Thành phần axit amin đặc trưng BITHP vị trí liệu đào tạo Sulfation 45 Hình 20 TwoSampleLogo trình bày thành phần cấu tạo axit amin xung quanh vị trí Sulfation so với vị trí khơng Sulfation .46 Hình 21 So sánh hiệu suất thử nghiệm độc lập 20D Binary, AAC, Blosum62 PSSM Sn - độ nhạy; Sp-đặc thù; Acc - xác; MCC - Hệ số tương quan Matthews 48 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắc Tên đầy đủ Post-Translational modification PTM Support Vector Machine SVM Position Specific Scoring Matrix PSSM ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ VIỆT NAM THUẬT Độc lập - Tự - Hạnh phúc vii THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung:  Tên đề tài: Dự đốn protein Tyrosine Sulfation dựa vào phân tích Amino acid  Mã số: T2018-06-89  Chủ nhiệm: ThS Phạm Thị Thảo Khương  Thành viên tham gia: ThS Bùi Văn Minh  Cơ quan chủ trì: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật  Thời gian thực hiện: 05/2018-04/2019 Mục tiêu:  Nghiên cứu mơ hình dự đốn vị trí Tyrosine sulfation  Đánh giá, so sánh đặc tính amino acid việc xác định protein  Nghiên cứu giải thuật LibSVM xử lý liệu lớn Tính sáng tạo:  Phát triển phương pháp tin sinh học để điều tra vị trí nhóm sulfate hình hành nên tyrosine sulfation protein dựa thành phần axit amin  Mô hình xây dựng từ 483 protein xác định phương pháp thực nghiệm xác thực tế  Bốn đặc trưng lựa chọn gồm mã nhị phân 20D, AAC, Blosum62 PSSM  Mơ hình xây dựng từ PSSM, mang lại hiệu suất tốt với Sn, Sp, Acc số đo MCC 94,96%, 95,10%, 95,09% 77,91% Tóm tắt kết nghiên cứu:  Tìm kiếm tài liệu liên quan phương pháp xác định, dự đoán protein viii