在細(xì)胞免疫中,主要組織相容性復(fù)合物(Major histocompatibility complex, MHC)結(jié)合抗原多肽并將其提呈至細(xì)胞表面從而被T細(xì)胞受體(T-cell receptor, TCR)識(shí)別。與MHC分子結(jié)合并引起T細(xì)胞應(yīng)答的多肽稱之為T細(xì)胞表位(epitope),是研究免疫系統(tǒng)特異性的重要組件,表位肽的鑒定可以促進(jìn)防治病毒感染、自身免疫性疾病以及腫瘤等疾病的多肽疫苗的研究和開發(fā)。多肽與MHC分子的結(jié)合具有高度特異性,是其被T細(xì)胞識(shí)別的必要條件,然而實(shí)驗(yàn)室鑒定MHC分子結(jié)合肽是個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的過(guò)程；采用計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)方法可以大大降低需要合成和檢測(cè)的多肽的數(shù)量,使得抗原表位的大規(guī)模篩選成為可能。 人MHC基因稱為白細(xì)胞抗原(Human leukocyte antigen, HLA),其中多數(shù)HLA-Ⅰ類分子根據(jù)其結(jié)合肽的特異性劃分為特定的超型(supertype),與特定HLA分子結(jié)合的多肽往往可以與對(duì)應(yīng)超型中多個(gè)HLA分子結(jié)合,這種泛宿主性的結(jié)合多肽稱為超型特異性結(jié)合肽(supertype specific binders),是開發(fā)具有高人群覆蓋率疫苗的優(yōu)先選擇對(duì)象。然而,每個(gè)HLA分子都有自己獨(dú)特的多肽結(jié)合傾向,一條多肽與特定HLA分子結(jié)合并不意味著該肽就可以和對(duì)應(yīng)超型中其他HLA分子結(jié)合。因此,預(yù)測(cè)HLA-Ⅰ類分子超型特異性結(jié)合肽需要區(qū)分多肽與同超型不同HLA分子間的交叉結(jié)合能力。同時(shí),理解多肽各位點(diǎn)殘基對(duì)其與同超型HLA分子交叉結(jié)合能力的貢獻(xiàn)將為高人群覆蓋率疫苗的設(shè)計(jì)提供重要的參考。 預(yù)測(cè)模型的建立依賴于可利用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在本研究中,我們首先遍歷當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)上的免疫表位數(shù)據(jù)庫(kù),提取HLA-Ⅰ類分子限制性的多肽結(jié)合數(shù)據(jù),根據(jù)HLA-Ⅰ類分子超型對(duì)多肽數(shù)據(jù)整合,采用多肽與同超型不同HLA分子的交叉結(jié)合能力來(lái)描述多肽序列,建立了HLA-I類分子超型特異性表位(結(jié)合肽)數(shù)據(jù)庫(kù)(HLA Supertype Specific Binder Database, HLASSB_DB)。該數(shù)據(jù)庫(kù)收錄了18157條多肽與同超型HLA分子交叉結(jié)合的數(shù)據(jù),涵蓋了10個(gè)HLA-Ⅰ類超型的主要38種等位基因限制性。HLASSB DB提供了三種檢索方式：多肽序列檢索、超型及其等位基因檢索、蛋白序列檢索,為基于表位的疫苗設(shè)計(jì),尤其是具有高人群覆蓋率的疫苗的設(shè)計(jì)提供參考。 預(yù)測(cè)模型的性能取決于建模過(guò)程中多肽數(shù)據(jù)的性質(zhì),然而當(dāng)前可用的多肽數(shù)據(jù)多是不均衡的,因?yàn)槊庖邔W(xué)家更傾向于鑒定帶特定HLA結(jié)合基序的候選多肽與對(duì)應(yīng)HLA分子的結(jié)合能力。我們?cè)诖搜芯恐刑剿髁硕嚯男再|(zhì)對(duì)建模性能的影響。結(jié)果顯示,采用不均衡多肽數(shù)據(jù)建立的模型對(duì)生物學(xué)數(shù)據(jù)(biological dataset)的預(yù)測(cè)性能較差(從指定抗原分子中預(yù)測(cè)特定HLA分子限制性結(jié)合肽的能力)。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)模型在預(yù)測(cè)生物數(shù)據(jù)和區(qū)分含基序多肽時(shí)存在沖突：多肽數(shù)據(jù)中不含超基序的非結(jié)合肽(non-motif containing non-binders, NMNs)的存在可以改善預(yù)測(cè)模型對(duì)生物學(xué)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)性能卻降低了對(duì)含基序多肽的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率(區(qū)分多肽與同超型HLA分子交叉結(jié)合的能力)。目前多數(shù)HLA-I類分子可以劃分為特定的超型,同超型HLA分子具有相似的結(jié)合特異性,為了克服多肽數(shù)據(jù)帶來(lái)的負(fù)面影響,我們提出一種基于超型(supertype-based)的建模方法：首先采用超基序篩選與同超型中HLA分子結(jié)合的候選肽,然后采用含超基序多肽建立的模型預(yù)測(cè)多肽與超型中特定HLA分子的結(jié)合能力。我們分別采用三種基于矩陣和一種基于機(jī)器語(yǔ)言的算法建立了A1、A2、A3、A24、B44和B7超型20種等位基因的預(yù)測(cè)模型,采用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)評(píng)估對(duì)應(yīng)模型的性能,結(jié)果顯示這種基于超型的建模方法可以改善HLA-Ⅰ類分子結(jié)合肽預(yù)測(cè)模型的性能,且對(duì)基于分類算法的預(yù)測(cè)模型具有普適性。 將這種基于超型的建模方法應(yīng)用于平均相對(duì)結(jié)合能力矩陣算法mARB (multiplicative Average Relative Binding)中,我們建立了預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)HLA超型特異性結(jié)合肽的在線工具HLASSB_PreD (Prediction and Design of HLA Supertype Specific Binders)�；跇�(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的比較研究顯示HLASSB_PreD對(duì)HLA-I類分子結(jié)合肽的預(yù)測(cè)能力要比一般常用的基于分類算法的預(yù)測(cè)工具(SVMHC、RANKPEP、YKW)性能好。更重要的是,HLASSB_PreD中同超型尤其是多肽數(shù)據(jù)比較豐富的A2和A3超型中不同等位基因的預(yù)測(cè)模型存在收斂的閾值,使得HLASSB_PreD的矩陣模型可以用來(lái)分析多肽中各個(gè)位點(diǎn)殘基對(duì)多肽與同超型HLA分子交叉結(jié)合貢獻(xiàn),從而來(lái)指導(dǎo)HLA超型表位的設(shè)計(jì)。我們采用HLASSB_PreD中的結(jié)合矩陣定義了A2及A3超型的多肽交叉結(jié)合基序,并在具有不同交叉結(jié)合能力的多肽數(shù)據(jù)集中得到了驗(yàn)證。為了進(jìn)一步驗(yàn)證此工具的性能,我們?cè)u(píng)估了HLASSB_PreD對(duì)聚丙氨酸點(diǎn)突變類似物以及表位HBcAg18-27的點(diǎn)突變類似物的預(yù)測(cè)性能,結(jié)果顯示HLASSB_PreD對(duì)聚丙氨酸點(diǎn)突變類似物結(jié)合能力的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為93%,對(duì)表位HBcAg18-27的點(diǎn)突變類似物的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為100%。此外,我們采用HLASSB_PreD篩選HBV相關(guān)抗原HBcAg和HBsAg的A3超型特異性表位,預(yù)測(cè)得到的5條候選表位經(jīng)酶聯(lián)免疫斑點(diǎn)(ELISPOT)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)后,證實(shí)每條多肽均可以引起兩種或兩種以上A3超型等位基因限制性的T細(xì)胞應(yīng)答。此結(jié)果提示HLASSB_PreD可以有效地從抗原蛋白分子中篩選HLA-Ⅰ類分子超型特異性表位。 HLA分子具有高度多態(tài)性,每個(gè)編碼的HLA分子都識(shí)別一系列不同的多肽,而大多數(shù)HLA分子的結(jié)合多肽的特異性沒有得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。建立只有極少或者沒有多肽結(jié)合數(shù)據(jù)的HLA分子結(jié)合肽預(yù)測(cè)模型的方法,又稱為pan特異性預(yù)測(cè)方法,成為此領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Pan特異性預(yù)測(cè)方法是采用多個(gè)HLA分子(來(lái)源等位基因)的多肽數(shù)據(jù)建立不僅可以預(yù)測(cè)來(lái)源等位基因又可以預(yù)測(cè)只有很少或者沒有結(jié)合數(shù)據(jù)的等位基因(目標(biāo)等位基因)限制性多肽的方法。在本研究中,我們提出了一種基于超型模塊(modular)實(shí)現(xiàn)pan特異性預(yù)測(cè)的方法,參考結(jié)合肽各個(gè)位點(diǎn)殘基在對(duì)應(yīng)HLA分子中結(jié)合環(huán)境的相似性(modular),采用A2和A3超型中已建立的等位基因矩陣模型生成pan特異性預(yù)測(cè)模型。我們建立的pan特異性預(yù)測(cè)模型可以分別實(shí)現(xiàn)A2超型35種和A3超型37種等位基因限制性多肽的預(yù)測(cè)。留一(等位基因)交叉驗(yàn)證法的結(jié)果顯示,當(dāng)給定的HLA分子只有極少已鑒定的多肽結(jié)合數(shù)據(jù)時(shí),建立的pan特異性預(yù)測(cè)模型的性能要優(yōu)于采用自身多肽數(shù)據(jù)建立的allele特異性模型的性能；應(yīng)用建立的pan特異性預(yù)測(cè)模型篩選HBcAg的HLA-A*3303限制性表位,ELISPOT檢測(cè)結(jié)果顯示采用此模型預(yù)測(cè)得到的10條候選表位肽中有7條可以誘導(dǎo)HLA-A*3303陽(yáng)性的健康人PBMC應(yīng)答,證實(shí)了所建pan特異性模型的有效性。 本研究中提出的方法及結(jié)果對(duì)如何提高表位預(yù)測(cè)模型的性能有著重要提示。其中建立的超型特異性表位數(shù)據(jù)庫(kù)(HLASSB_DB)和預(yù)測(cè)工具(HLASSB_PreD)可以通過(guò)http://www.immunoinformatic.net訪問(wèn),且對(duì)所有用戶免費(fèi)。相信我們的研究對(duì)加速基于表位的疫苗設(shè)計(jì)和開發(fā),尤其是對(duì)具有高人群覆蓋率疫苗的設(shè)計(jì)有重要的推動(dòng)作用。
【學(xué)位單位】：第三軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：R392
【文章目錄】：
縮略語(yǔ)表
Abstract
摘要
第一章 前言
DB'>第二章 HLA-Ⅰ類分子超型特異性表位數(shù)據(jù)庫(kù)：HLASSB_DB
    2.1 材料與方法
    2.2 結(jié)果
    2.3 討論
    2.4 小結(jié)
第三章 采用基于超型的建模方法改進(jìn)HLA-Ⅰ類分子結(jié)合肽預(yù)測(cè)算法的性能
    3.1 材料與方法
    3.2 結(jié)果
    3.3 討論
    3.4 小結(jié)
PreD'>第四章 HLA-Ⅰ類分子超型特異性表位預(yù)測(cè)及設(shè)計(jì)工具HLASSB_PreD
PreD'>    4.1 基于mARB矩陣的HLA超型表位預(yù)測(cè)及設(shè)計(jì)工具HLASSB_PreD
PreD預(yù)測(cè)性能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證'>    4.2 HLASSB_PreD預(yù)測(cè)性能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    4.3 討論
    4.4 小結(jié)
第五章 HLA-Ⅰ類分子結(jié)合肽的Pan特異性預(yù)測(cè)方法的建立及初步驗(yàn)證
    5.1 HLA-Ⅰ類分子結(jié)合肽Pan特異性預(yù)測(cè)方法的建立
    5.2 HLA-Ⅰ類分子結(jié)合肽Pan特異性預(yù)測(cè)模型的初步驗(yàn)證
    5.3 討論
    5.4 小結(jié)
全文總結(jié)
參考文獻(xiàn)
文獻(xiàn)綜述
    參考文獻(xiàn)
附件
博士研究生期間發(fā)表的論文
致謝

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 林治華,全學(xué)軍,周躍鋼;多肽序列的結(jié)構(gòu)特征與其免疫原性關(guān)系的研究[J];重慶工學(xué)院學(xué)報(bào);2003年01期

2 陳啟偉;王永錄;;T細(xì)胞表位預(yù)測(cè)及其在抗口蹄疫病毒疫苗研發(fā)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J];江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué);2009年06期

3 支軼,吳玉章,萬(wàn)瑛;生物信息學(xué)方法在CTL表位預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J];免疫學(xué)雜志;2005年02期

4 麥璟瑩;梁廣明;梁雪清;高志巖;馬長(zhǎng)玲;袁竹青;;肺炎鏈球菌自溶酶(LytA)蛋白T細(xì)胞表位的預(yù)測(cè)、篩選及確定[J];免疫學(xué)雜志;2014年01期

5 郭樂(lè);劉昆梅;秦玉紅;李小康;段相國(guó);楊華;徐廣賢;奚濤;;rCtUBE的生物信息學(xué)分析及其表達(dá)優(yōu)化(英文)[J];中國(guó)生物工程雜志;2013年10期

6 ;BiodMHC:an online server for the prediction of MHC class Ⅱ-peptide binding affinity[J];遺傳學(xué)報(bào);2009年05期

7 邵東華;馮新港;;輔助T細(xì)胞表位預(yù)測(cè)及其在抗寄生蟲疫苗研發(fā)中的應(yīng)用[J];中國(guó)寄生蟲學(xué)與寄生蟲病雜志;2008年03期

8 林琳;江斌;吳勝會(huì);張世忠;;豬丹毒桿菌SpaA基因的克隆與生物信息學(xué)分析[J];中國(guó)獸醫(yī)學(xué)報(bào);2013年08期

9 車勇良;陳如敬;王隆柏;江斌;吳學(xué)敏;劉玉濤;莊向生;周倫江;;副豬嗜血桿菌神經(jīng)氨酸酶的克隆測(cè)序與生物信息學(xué)分析[J];中國(guó)獸醫(yī)學(xué)報(bào);2013年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 林治華;QSAR分析結(jié)合實(shí)驗(yàn)方法用于T細(xì)胞表位快速篩選的研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2003年

2 曹勝利;血吸蟲病多肽疫苗的設(shè)計(jì)與合成研究[D];北京醫(yī)科大學(xué);1997年

3 黃蘭青;小鼠點(diǎn)突變p53抗原肽的預(yù)測(cè)及其誘導(dǎo)肽特異性CTL的研究[D];中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué);1997年

4 羅進(jìn);基于T細(xì)胞表位肽的樹突細(xì)胞介導(dǎo)的靶向性細(xì)胞殺傷機(jī)制的研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2008年

5 劉濤;支持向量機(jī)方法在T細(xì)胞表位預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2009年

6 宋哲;PLS方法在T細(xì)胞表位預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2009年

7 唐帥;Eppin優(yōu)勢(shì)表位自組裝納米避孕疫苗的構(gòu)建及實(shí)驗(yàn)研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2013年

8 李海波;基于多亞單位Th表位的幽門螺桿菌疫苗的研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2013年

9 陳禮誠(chéng);朱鹮基因組BAC文庫(kù)及MHC基因組精細(xì)物理圖譜的構(gòu)建[D];浙江大學(xué);2013年

10 羅銘;釀酒酵母谷氧還蛋白Grx6與七鰓鰻免疫受體VLRB的結(jié)構(gòu)與功能研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 侯艷霞;H5亞型禽流感病毒NP中雞MHC限制性CTL表位的預(yù)測(cè)及鑒定[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2011年

2 陳啟偉;口蹄疫A型病毒AF/72株主要B細(xì)胞表位的篩選鑒定[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

3 支軼;基于柔性分子對(duì)接的CTL表位預(yù)測(cè)方法研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2005年

4 湯旭東;小鼠肝素酶H-2K～b限制性CTL表位的預(yù)測(cè)、鑒定及其體內(nèi)抗腫瘤免疫效應(yīng)研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2007年

5 陳婷;肝素酶HLA-A2.1限制性CTL表位的預(yù)測(cè)、鑒定及其抗腫瘤的免疫效應(yīng)研究[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2007年

6 王鳳娟;JEV多表位基因重組痘苗病毒安卡拉株（rMVA-mep）及其免疫效果評(píng)價(jià)[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

7 劉泉;日本腦炎病毒多表位基因與法氏囊活性肽的串聯(lián)表達(dá)及其免疫特性研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

8 侯昕;表達(dá)豬繁殖與呼吸綜合癥病毒多表位肽重組豬痘病毒的構(gòu)建[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

9 楊武晨;幽門螺桿菌尿素酶B亞單位HLA限制性CD4~+T細(xì)胞表位的篩選與鑒定[D];第三軍醫(yī)大學(xué);2013年

10 李霞;支持向量回歸機(jī)在風(fēng)電場(chǎng)短期風(fēng)速預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究[D];華北電力大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2856296