基于VHSE結(jié)構(gòu)表征的蛋白酶體酶切位點(diǎn)預(yù)測及酶切特異性研究.pdf

1、泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(Ubiquitins-proteasome systems，UPS)在真核生物的蛋白質(zhì)降解代謝中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，主要負(fù)責(zé)降解突變、錯誤折疊和氧化損傷的蛋白質(zhì)和多肽。近年來的研究發(fā)現(xiàn)：UPS通過識別和降解半衰期相對較短的調(diào)控蛋白，從而在細(xì)胞周期等關(guān)鍵進(jìn)程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，同時也與細(xì)胞免疫和腫瘤等疾病的發(fā)生與發(fā)展密切相關(guān)。在UPS蛋白質(zhì)降解通路中，其核心環(huán)節(jié)就是蛋白酶體對底物蛋白的選擇性酶切作用，因此研究蛋白酶體的選

2、擇性酶切機(jī)理對于探索細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞免疫及相關(guān)疾病機(jī)理均具有重要的理論意義。
　　 本文從AntiJen和IEDB數(shù)據(jù)庫中收集整理得到的2650個MHC-I配體、859個T細(xì)胞表位和489個體外(in vitro)酶切產(chǎn)物的序列信息出發(fā)，采用基于氨基酸物理化學(xué)性質(zhì)的VHSE(principal component score vector of hydrophobic，steric，and electronicproperti

3、es)描述子對上述3組序列進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用支持向量機(jī)(support vector machine，SVM)結(jié)合多元逐步回歸(multiple stepwise regression，MSR)變量篩選技術(shù)，分別建立起組成型+免疫型蛋白酶體酶切、免疫型蛋白酶體酶切和體外酶切位點(diǎn)預(yù)測的定量構(gòu)效關(guān)系(Quantitative structural-activity relationship，QSAR)模型，并結(jié)合3種預(yù)測模型對蛋白

4、酶體酶切機(jī)理及底物選擇特異性進(jìn)行了深入的比較和分析。研究結(jié)果顯示：本文所建的預(yù)測模型優(yōu)于已有模型，其不僅具有較高的預(yù)測準(zhǔn)確性，同時具有可解釋性。
　　 本文主要研究結(jié)果：
　　 ①基于2650個MHC-I配體信息的酶切位點(diǎn)預(yù)測模型(SVMMHC-I)：該預(yù)測模型可反映組成型和免疫型蛋白酶體共同的酶切特性，其最優(yōu)模型參數(shù)為：Acc=81.48％，Sen=85.80％，Spe=76.93%，MCC=_0.6306，AUC=0

5、.8850。結(jié)果顯示：影響酶切的底物氨基酸性質(zhì)由大到小依次為：疏水性、電性和立體特征；P9，P8，P4，P1，P3’，P4’和P5’氨基酸位對酶切有重要影響，尤其是P1，P8和P5’的疏水性質(zhì)影響更為顯著；酶切位點(diǎn)上下游的“疏水勢差”有利于酶切的進(jìn)行。此外，P1和P5’的電性和立體幾何性質(zhì)對酶切亦有重要影響。
　　 ②基于859個T細(xì)胞表位信息的酶切位點(diǎn)預(yù)測模型(SVMTCE)：該預(yù)測模型反映了免疫型蛋白酶體酶切特性，其最優(yōu)模型

6、參數(shù)為：Acc=81.77％，Sen=86.35％，Spe=75.20％，MCC=0.6411，AUC=0.8840。結(jié)果顯示：P1位氨基酸殘基的疏水性對免疫型蛋白酶體酶切特異性影響顯著加強(qiáng)，其上的疏水性殘基容易被免疫亞基活性位點(diǎn)識別，有利于蛋白酶體對底物的酶切；酶切位點(diǎn)鄰近氨基酸表現(xiàn)出明顯的選擇特異性，尤其是P9，P8，P3，P4，P2’，P4’和P5’等位點(diǎn)上氨基酸殘基的選擇特異性，可能反映了蛋白酶體酶切時底物殘基與活性位點(diǎn)相關(guān)殘基

7、問的相互作用，維持底物在活性腔中的結(jié)合穩(wěn)定性。
　　 ③基于489個體外酶切產(chǎn)物信息的酶切位點(diǎn)預(yù)測模型(SVMVITRO)：該預(yù)測模型反映了蛋白酶體在體外的酶切特異性，其最優(yōu)模型參數(shù)為：Acc=76.990%，Sen=84.66%，Spe=69.31％，MCC=0.5463，AUC=0.8410。結(jié)果顯示：疏水性對酶切位點(diǎn)的選擇特異性影響最大，而電性和立體效應(yīng)次之，尤其是P1位氨基酸的疏水性影響最為顯著。此外，我們發(fā)現(xiàn)酶切位點(diǎn)上

8、游的氨基酸大多為疏水性氨基酸，而下游則以親水性氨基酸為主。此外，P3，P2，P1和P1’位殘基的電性特征(VHSE5)有利于酶切，而P9，P7和P6位殘基的電性特征對酶切不利。
　　 ④應(yīng)用上述3個模型對Saxova等提供的測試集進(jìn)行外部預(yù)測，模型的Sen，Spe和MCC依次為：83.2％，62.5％，0.47；87.1％，49.5％，0.39；83.7％，61.4％，0.46。結(jié)果顯示，3個模型的外部預(yù)測結(jié)果均優(yōu)于目前蛋白酶體

9、酶切位點(diǎn)預(yù)測方法中整體預(yù)測性能最好的NetChop2.0版(Sen=73.6％，Spe=42.4％，MCC=0.16)。
　　 ⑤從3個酶切模型的比較和分析中發(fā)現(xiàn)：不同類型的蛋白酶體酶切特異性存明顯的共性：(1)與酶切位點(diǎn)選擇性相關(guān)的氨基酸性質(zhì)由大到小依次為疏水性、電性和立體特征；(2)對酶切特異性影響最大是P1位氨基酸殘基，其次是P5’位氨基酸殘基；(3)酶切位點(diǎn)上下游氨基酸殘基間存在的“疏水勢差”有利于酶切的順利進(jìn)行。與此同