【摘要】：隨著人類基因組計(jì)劃測(cè)序工作完成,蛋白質(zhì)的相關(guān)研究已成為當(dāng)今生命科學(xué)的主要研究內(nèi)容之一。配體結(jié)合蛋白在諸多生物過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。蛋白質(zhì)-配體結(jié)合殘基的識(shí)別對(duì)于理解蛋白質(zhì)功能有重要意義。由于傳統(tǒng)測(cè)定方法的技術(shù)細(xì)節(jié)復(fù)雜且成本高昂,處理海量的蛋白質(zhì)需要計(jì)算方法的參與。已知的計(jì)算方法均基于傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí),可被粗略地分為基于序列的方法和基于三維結(jié)構(gòu)的方法,兩者的根本區(qū)別在于是否使用三維結(jié)構(gòu),前者已在一系列結(jié)合殘基預(yù)測(cè)任務(wù)中勝過后者。然而,已知的蛋白質(zhì)序列在數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過已知的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu),隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展,基于序列的方法有相當(dāng)可觀的提升空間。因此,有必要對(duì)基于深度學(xué)習(xí)的蛋白質(zhì)-配體結(jié)合殘基預(yù)測(cè)開展研究。本文的主要工作及貢獻(xiàn)如下:·提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的蛋白質(zhì)-配體結(jié)合殘基預(yù)測(cè)方法。該方法(Deepsi)僅使用了序列信息,所用特征共計(jì)7類,分別為位置特異性打分矩陣、溶劑可及性、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)、二面角、保守性、殘基氨基酸類型和位置編碼。Deepsi可處理變長序列,其深度網(wǎng)絡(luò)采用了全卷積架構(gòu),主要由不同規(guī)格的卷積層堆疊而成,特征最終由一組1×1卷積核整合并由softmax歸一化得到所有殘基關(guān)于結(jié)合殘基的概率分布。隱層表示的有效上下文范圍隨層數(shù)的增長而擴(kuò)大,大范圍有效上下文能夠捕捉兩個(gè)殘基之間的長距離依賴,通過調(diào)整層數(shù)和卷積核大小可精確控制依賴的最大距離。目前已知的最優(yōu)方法COACH及其部分子方法被選為實(shí)驗(yàn)基準(zhǔn)。測(cè)試實(shí)驗(yàn)在一個(gè)基本測(cè)試集和三個(gè)擴(kuò)展測(cè)試集上進(jìn)行,其中基本測(cè)試集包含151條非冗余蛋白質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明Deepsi無需依賴任何采樣手段即可在嚴(yán)重傾斜的訓(xùn)練集上正常擬合并獲取良好的泛化性能,其MCC和精確率相對(duì)于基準(zhǔn)模型的提升分別不低于0.05和16%�！ぴ诮Y(jié)合殘基聚集性的基礎(chǔ)上提出了另一種基于深度學(xué)習(xí)的蛋白質(zhì)-配體結(jié)合殘基預(yù)測(cè)方法。該方法(i Deepsi)使用的特征與Deepsi相同。由于結(jié)合殘基的位置分布表現(xiàn)出聚集性,i Deepsi在原有深度網(wǎng)絡(luò)中增加了新模塊,從上下文標(biāo)簽或預(yù)測(cè)結(jié)果中提取特征。i Deepsi通過改變其深度網(wǎng)絡(luò)的前向傳播機(jī)制提高了其在測(cè)試過程和生產(chǎn)環(huán)境中的并行度。i Deepsi與Deepsi共用所有數(shù)據(jù)集,同樣可在嚴(yán)重傾斜的訓(xùn)練集上正常擬合。實(shí)驗(yàn)表明i Deepsi相對(duì)于基準(zhǔn)模型在MCC和精確率方面的提升分別不低于0.07和19%。在不使用包括三維結(jié)構(gòu)在內(nèi)的任何模板的前提下,Deepsi和i Deepsi在性能上相對(duì)于已提出的各類方法均有顯著提升,包括最具代表性的COACH。此外,本文還討論了一種訓(xùn)練集增量化方案,其略微提高了預(yù)測(cè)性能。
【圖文】：

x + (2.1)其中 W 表示卷積核的權(quán)值矩陣， 表示偏置項(xiàng)。二維卷積是最為常見的卷積運(yùn)算，以大小為 3 3 的輸入 和一個(gè) 2 2 的卷積核為例，輸出張量的計(jì)算過程如圖2.5所示。11
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP18;Q811.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王瓊;郭金華;;CYP3A4的配體結(jié)合機(jī)制[J];國外醫(yī)學(xué)(藥學(xué)分冊(cè));2007年03期

2 任均田,李振甲;配體結(jié)合分析的某些進(jìn)展[J];國外醫(yī)學(xué).臨床生物化學(xué)與檢驗(yàn)學(xué)分冊(cè);1986年04期

3 王磊;程昊;倪瑩宙;梁麗;;基于β-乳球蛋白配體結(jié)合特性的活性成分包埋和保護(hù)研究現(xiàn)狀[J];中國食品學(xué)報(bào);2015年04期

4 胡秀珍;劉星星;;酶蛋白質(zhì)β-發(fā)夾模體配體結(jié)合位點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)分析及預(yù)測(cè)[J];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年03期

5 姚佳,張祖輝,劉秉文,張敏;不同種屬動(dòng)物肝細(xì)胞膜載脂蛋白CⅢ受體的放射性配體結(jié)合分析[J];華西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào);2002年04期

6 趙建勇;高閃電;獨(dú)軍政;常惠蕓;;整聯(lián)蛋白與其配體結(jié)合的分子機(jī)制研究進(jìn)展[J];生物技術(shù)通訊;2008年06期

7 任均田,張弛 ,林祥通;配體結(jié)合分析的某些進(jìn)展[J];國外醫(yī)學(xué)(放射醫(yī)學(xué)分冊(cè));1985年02期

8 武婕,張宏斌,王捷,鄭文嶺,王清明,陳惠鵬;用噬菌體展示技術(shù)分析G-CSF受體的配體結(jié)合位點(diǎn)[J];廣東醫(yī)學(xué);2003年03期

9 張君;金亞;葉燕銳;譚文;;G蛋白偶聯(lián)受體配體結(jié)合分析技術(shù)[J];藥物分析雜志;2015年01期

10 袁成福;;pGenesil-1-MCHR2-shRNA對(duì)MCHR2與其放射性配體結(jié)合的影響[J];湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版);2007年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 樊迪;劉振明;金宏威;張亮仁;張禮和;;基于配體結(jié)合模式的輔酶A結(jié)合蛋白的分類方法研究[A];第十屆全國計(jì)算(機(jī))化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

2 王文寧;翁經(jīng)緯;張明杰;;PSD-95-PDZ12的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)及其對(duì)配體結(jié)合的調(diào)節(jié)[A];第十一次中國生物物理學(xué)術(shù)大會(huì)暨第九屆全國會(huì)員代表大會(huì)摘要集[C];2009年

3 饒立;池波;魏林;任彥亮;萬堅(jiān);徐昕;;DOX:準(zhǔn)確計(jì)算預(yù)測(cè)蛋白-配體結(jié)合構(gòu)象的新方法[A];第十三屆全國量子化學(xué)會(huì)議論文集——第四分會(huì)：生命、藥物和材料量子化學(xué)[C];2017年

4 饒立;池波;魏林;任彥亮;萬堅(jiān);徐昕;;DOX:準(zhǔn)確計(jì)算預(yù)測(cè)蛋白-配體結(jié)合構(gòu)象的新方法[A];第十屆全國化學(xué)生物學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2017年

5 陳海峰;;天然無規(guī)蛋白在配體結(jié)合下的折疊機(jī)制[A];第十一屆全國計(jì)算（機(jī)）化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

6 饒立;萬堅(jiān);徐昕;;基于XO復(fù)合計(jì)算化學(xué)方法和密度泛函理論計(jì)算蛋白-配體結(jié)合能[A];中國化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第十八分會(huì)：電子結(jié)構(gòu)理論方法的發(fā)展與應(yīng)用[C];2016年

7 郭晨云;廉艷東;高紅昌;林東海;;小鼠附睪特異表達(dá)蛋白Lcn6的重組制備及其配體結(jié)合特性的研究[A];第十五屆全國波譜學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2008年

8 代春月;劉文平;方穎;吳建華;;IL-8介導(dǎo)的CXCR1激活機(jī)制的研究[A];第十一屆全國生物力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第十三屆全國生物流變學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議論文摘要匯編[C];2015年

9 池波;饒立;萬堅(jiān);徐昕;;DOX預(yù)測(cè)生物大分子與配體結(jié)合構(gòu)象研究的新進(jìn)展[A];中國化學(xué)會(huì)第30屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集-第二十五分會(huì)：化學(xué)信息學(xué)與化學(xué)計(jì)量學(xué)[C];2016年

10 郭軍慶;李青梅;喬松林;王麗;張改平;;牛IgG Fc受體Ⅱ線性配體結(jié)合表位的分析鑒定[A];第九屆全國免疫學(xué)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 池波;DOX:準(zhǔn)確預(yù)測(cè)蛋白-配體結(jié)合構(gòu)象的計(jì)算新方法[D];華中師范大學(xué);2017年

2 劉笑;蛋白配體結(jié)合自由能精確理論計(jì)算新方法研究[D];華東師范大學(xué);2018年

3 余長纓;Ⅰ.PPARγ與小分子以及相關(guān)受體蛋白的相互作用研究 Ⅱ. SARS冠狀病毒刺突蛋白免疫片段的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究[D];中國海洋大學(xué);2004年

4 李偉;蛋白質(zhì)配體結(jié)合位點(diǎn)柔性的系統(tǒng)分析及分子柔性對(duì)接方法的發(fā)展和應(yīng)用[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2012年

5 楊曦;人Fcα/μR配體結(jié)合位點(diǎn)研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2012年

6 林昕;基于活性探針分子對(duì)代謝型γ-氨基丁酸受體激活機(jī)制的研究[D];華中科技大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 崔屹峰;基于深度學(xué)習(xí)的蛋白質(zhì)—配體結(jié)合殘基預(yù)測(cè)[D];華東師范大學(xué);2019年

2 格日勒?qǐng)D;蛋白質(zhì)中五種配體結(jié)合殘基的識(shí)別[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2016年

3 朱彥彩;雞傳染性法氏囊病病毒VP2蛋白配體結(jié)合表位的鑒定[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

4 劉巖;大螟兩個(gè)氣味結(jié)合蛋白基因的體外表達(dá)及配體結(jié)合能力分析[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

5 魏丹;二化螟氣味結(jié)合蛋白的基因克隆、組織分布及配體結(jié)合能力分析[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

6 張婷;甜菜夜蛾氣味結(jié)合蛋白的基因克隆、組織分布及配體結(jié)合能力分析[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

7 張利娜;小鼠FcγRIII線性配體結(jié)合表位的鑒定[D];中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2009年

8 趙樹鑫;配體結(jié)合對(duì)G蛋白力學(xué)性能影響的研究[D];燕山大學(xué);2016年

9 康文淵;芳香烴受體—配基互作模式的分子動(dòng)力學(xué)模擬[D];西南交通大學(xué);2017年

10 張馨月;Sdr家族成員Bbp的配體結(jié)合與結(jié)構(gòu)研究[D];清華大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：2682790