一种人免疫缺陷病毒蛋白酶裂解位点预测及特异性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种人免疫缺陷病毒蛋白酶裂解位点预测及特异性分析方法，能够用于人免疫缺陷病毒蛋白酶裂解位点预测及特异性分析，进而设计更易裂解的肽样本，进一步开发有效的人免疫缺陷病毒蛋白酶抑制剂，包括如下步骤：ａ）基于主成分分析方法，建立氨基酸０Ｄ－３Ｄ信息得分矢量；ｂ）应用氨基酸０Ｄ－３Ｄ信息得分矢量对人免疫缺陷病毒蛋白酶可裂解肽与非裂解肽的结构进行表征；ｃ）用逐步方法挑选与肽裂解密切相关的性质参数；ｄ）应用线性判别分析方法建立裂解位点预测及特异性分析模型；ｅ）分别以自取代检验，留一法交互检验以及外部检验三种方法验证模型的预测能力；ｆ）对人免疫缺陷病毒蛋白酶可裂解肽与非裂解肽的各位点的性质参数进行方差分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种肽的定量结构-裂解性关系分析方法，特别是一种人免 疫缺陷病毒蛋白酶裂解位点预测及特异性分析方法。
技术介绍
获得性免疫缺陷综合症(俗称艾滋病)主要由人免疫缺陷病毒引起。人免疫缺陷病毒蛋白酶(HIVPR)是一种水解蛋白酶，它与HIV-1病毒前体蛋白(gag,pol 与env等)转变成结构蛋白(如逆转录蛋白酶、整合蛋白酶和HIV PR本身)的过 程有关。实验表明，通过定点突变强将HIV PR的催化氨基酸残基置换成其它 氨基酸残基，可产生非感染性病毒体。因此，HIVPR作为设计治疗艾滋病药物 的"耙标"而备受重视，并对其结构和功能进行了深入研究。因艾滋病迅速蔓延， 寻找HIV PR抑制剂已成为目前国际上新药研究的一个热点。设计合理抑制剂 需对蛋白酶裂解特异性有一全面认识和理解，但因其可在许多不同的、具有较 小的或无类似性位点发生裂解，使此工作具有较大的难度(You, et al., J.Virol.， 2005,79:12477)。在各种抑制剂中，很大一部分属于肽类物质，因HIVPR活性 部位拥有8个残基，可命名为S4-S3-S2-S1-S1，-S2，-S3，-S4，，有8个相应残基与 其相结合，故在肽类抑制剂中，虽偶有7肽及9肽等，但仍以8肽为多，而由20种天然氨基酸理论上可构成20S^2.56xlO^个8肽分子，若用实验方法--确定其裂解特异性既耗时又耗力。由此，计算机辅助药物设计方法在HIV PR 裂解位点特异性及抑制剂研究开发中具有重要作用，借鉴定量构效关系(QSAR) 的研究思路，人们已建立许多模型用于预测肽底物裂解位点，根据"锁钥"学说， 通过对肽裂解位点预测可进一步了解HIV PR裂解特异性。进而为设计更有效 的HIV PR抑制剂提供参考。至今，h-函数算法(Poorman, et al., J. Biol. Chem" 1991, 22: 14554),神经网络(Cai, et al., Adv Eng. Software, 1998， 29(2): 119),决策树(Yang, et al.， Bioinformatics， 2004, 20: 735)，支持向量机(You, et al.，丄Virol" 2005， 79: 12477; Yang， et al.， Bioinfo誦tics， 2004， 20: 735)及生物基函数 (Thomson, et al., Bioinformatics, 2003, 19: 1741)等方法已用于预测HIV PR裂解 位点特异性。在一定条件下，以这些算法取得或优或差结果，但遗憾的是，这 些算法多集中于各种算法优化，而对如何合理表征肽序列结构却较少提及。一 种优良的裂解位点预测方法，不仅要能够具有较高的预测能力，而且要能够提 供一些与肽裂解性密切相关的重要结构信息。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决上述问题，本专利技术提供了一种人免疫缺陷病毒蛋白 酶裂解位点预测及特异性分析方法，其能够用于人免疫缺陷病毒蛋白酶裂解 位点预测及其结构-裂解性关系分析，为设计具有可裂解性的肽新品种提供参 考。本专利技术的目的是这样实现的 一种人免疫缺陷病毒蛋白酶裂解位点预测 及特异性分析方法，包括如下步骤a) 基于主成分分析方法，建立氨基酸0D-3D信息得分矢量；b) 应用氨基酸0D-3D信息得分矢量对人免疫缺陷病毒蛋白酶可裂解肽与非裂解肽的结构进行表征；c) 用逐步方法挑选与肽裂解密切相关的性质参数；d) 应用线性判别分析方法建立裂解位点预测及特异性分析模型；e) 分别以自取代检验，留一法交互检验以及外部检验验证模型的预测能力；f) 对人免疫缺陷病毒蛋白酶可裂解肽与非裂解肽的各位点的性质参数进行方差分析。进一步，在于步骤a)具体包括如下步骤 al)精选天然氨基酸的1369种0D-3D变量参数； a2)用主成分分析法处理精选得到的氨基酸变量，得到13个主成分； a3)计算各主成分得分，将得分矢量定义为氨基酸0D-3D信息得分矢量；5进一步，步骤b)具体包括如下步骤用氨基酸0D-3D信息得分矢量所涉 及的13个主成分对人免疫缺陷病毒蛋白酶可裂解肽与非裂解肽的序列进行表 征，其中每个氨基酸残基用13个氨基酸0D-3D信息得分矢量表征，并将表征 结果作为可裂解性预测模型的自变量；进一步，步骤c)具体包括如下步骤用逐步方法挑选与肽裂解密切相关 的结构性质参数，以偏F检验对应的F值为依据，当F值大于3.84时，则 该变量留在模型中，当该变量对应F值小于2.71时，则剔除该变量；进一步，步骤d)具体包括如下步骤首先定义两个指示变量，分别用"1" 表示可裂解肽样本，用"2"表示非裂解肽样本，以此指示变量作为肽裂解 位点预测模型的因变量，用线性判别分析建立肽裂解位点预测模型；进一步，步骤e)具体包括如下步骤先将总样本分为训练集和测试集， 然后用自取代检验，留一法交互检验验证训练模型的内部预测能力，用对测试 集的外部预测结果评价^^莫型的外部预测能力；进一步，步骤f)具体包括如下步骤将肽总样本按照其是否可裂解分为 两类，对肽的各位点的性质参数进行方差齐性检验，对属于方差齐性的，进行 费歇尔检验，对不属于方差齐性的，使用布朗-菲奥思近似方差分析，显著水平 为P=0.05。本专利技术的， 其中选取的氨基酸0D-3D信息得分矢量所含信息量大、表征能力强、使用操作 方便及物化意义明显；应用线性判别分析建模，具有简单直观和模型易解释等 优点；采用的自取代检验，留一法交互检验及外部检验验证方法可以较大程度 地保证所建;f莫型的内外部预测能力；而方差分析，可分析具有不同裂解性的肽 相应残基不同性质的差异程度，进而为设计具有特定裂解性的肽新品种提供参 考。本专利技术的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行 阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将 是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来 实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中图1是本专利技术的线性判别分析模型的标准化系数示意图2是本专利技术的人免疫缺陷病毒蛋白酶与其底物的结构作用示意图3是本专利技术的第1残基的各得分方差分析示意图4是本专利技术的第2残基的各得分方差分析示意图5是本专利技术的第3残基的各得分方差分析示意图6是本专利技术的第4残基的各得分方差分析示意图7是本专利技术的第5残基的各得分方差分析示意图8是本专利技术的第6残基的各得分方差分析示意图9是本专利技术的第7残基的各得分方差分析示意图IO是本专利技术的第8残基的各得分方差分析示意图。具体实施例方式以下将参照附图，对采用本专利技术的方法用于人免疫缺陷病毒蛋白酶对8 肽的裂解位点预测及特异性分析为例进行详细的描述，包括以下步骤 a)基于主成分分析方法，建立氨基酸0D-3D信息得分矢量； 收集20种天然氨基酸的1369个描述子变量，其中0D参数包括31种构成 描述子；1D参数69种，包括官能团数目、原子中心碎片和分子特性等；2D参 数640种，包括分子电性作用矢量、分子电距矢量和全息分子电距矢量，拓朴， 拓朴电荷指数，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人免疫缺陷病毒蛋白酶裂解位点预测及特异性分析方法，其特征在于包括如下步骤：ａ）基于主成分分析方法，建立氨基酸０Ｄ－３Ｄ信息得分矢量；ｂ）应用氨基酸０Ｄ－３Ｄ信息得分矢量对人免疫缺陷病毒蛋白酶可裂解肽与非裂解肽的结构进行表征；ｃ）用逐 步方法挑选与肽裂解密切相关的性质参数；ｄ）应用线性判别分析方法建立裂解位点预测及特异性分析模型；ｅ）分别以自取代检验，留一法交互检验以及外部检验验证模型的预测能力；ｆ）对人免疫缺陷病毒蛋白酶可裂解肽与非裂解肽的各位点的性质参数进行方差 分析。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁桂兆，康丽芳，梅虎，杨力，李志良，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]