基于支持向量机的蛋白质相互作用位点预测

蛋白质的功能常体现在生物大分子的相互作用中,识别蛋白质相互作用位点对于研究蛋白质功能发挥着重要作用.蛋白质问主要通过表面残基发生相互作用,蛋白质相互作用形成复合体时,只有部分表面残基参与了该过程.基于序列谱信息,提取序列上相邻残基的序列谱作为输入特征向量,对大小为3和7的残基信息窗(win3,win7),分别采用支持向量机(SVM)分类器对蛋白质相互作用位点进行预测、比较和分析.最终实验结果为:win3的平均正确率为69.31%,win7的平均正确率为69.68%.     

基于贝叶斯网的蛋白质相互作用位点预测

蛋白质相互作用位点研究在蛋白质功能分析及药物设计等方面有着重要的应用。文章以蛋白质中的氨基酸残基为研究对象,使用残基的溶剂可及表面积、进化保守性打分及残基的序列信息熵三个特征为特征集,构建了基于贝叶斯方法的蛋白质相互作用位点预测的贝叶斯分类预测器。方法有效的结合了蛋白质残基特征数据集经常性数据缺失的特点及贝叶斯网在处理不确定性数据方面的优点,通过对基准的71个蛋白质数据集进行实验,结果表明我们的分类器预测的有效性。     

基于支持向量机的蛋白质相互作用位点预测

蛋白质的功能常体现在生物大分子的相互作用中,识别蛋白质相互作用位点对于研究蛋白质功能发挥着重要作用。蛋白质间主要通过表面残基发生相互作用,蛋白质相互作用形成复合体时,只有部分表面残基参与了该过程。基于序列谱信息,提取序列上相邻残基的序列谱作为输入特征向量,对大小为3和7的残基信息窗（win3,win7）,分别采用支持向量机（SVM）分类器对蛋白质相互作用位点进行预测、比较和分析。最终实验结果为：win3的平均正确率为69．31％,win7的平均正确率为69．68％。     

基于最大熵模型的蛋白质作用位点识别方法

蛋白质相互作用位点的预测是当前生物信息学的一个研究热点。针对蛋白质序列中对界面残基有影响的各种因素,提出将蛋白质的进化信息和保守性作为特征函数,此类信息体现了蛋白质序列中氨基酸之间短程和长程相互作用的影响。采用最大熵模型作为蛋白质作用位点识别的分类器,将多源信息融合成一个概率模型。实验结果表明该方法与其他传统机器学习方法相比,在特异度和精度上分别提高了2%~8%、3%~11%,且获得了较高的相关系数。     

基于进化保守性的蛋白质相互作用位点预测

为了从蛋白质结构数据库中提取经验知识,进行蛋白质作用位点预测,提出了以蛋白质序列谱作为特征向量,采用支持向量机算法进行训练和预测蛋白质相互作用位点的方法。从蛋白质一级序列出发,以序列上邻近残基的序列谱为输入特征向量,采用支持向量机方法构建预测器,来预测蛋白质相互作用位点,预测精度达到70.47%,相关系数CC=0.1919。实验结果表明,利用蛋白质序列谱,结合支持向量机算法进行蛋白质相互作用位点预测的方法是有效的。     

基于自相关函数的蛋白质-蛋白质作用位点预测研究

蛋白质-蛋白质相互在细胞生命过程扮演重要角色,广泛参与免疫反应,信号传导,基因表达,蛋白质合成等,研究蛋白质-蛋白质作用位点,将有助于揭示生命过程的许多本质,对预防、诊断疾病,以及突变设计、蛋白质相互作用网络构建等方面均具有重要的参考价值.根据蛋白质.蛋白质作用位点残摹倾向性及作用位点与其周围临近残基密切相关的特性,本文提出基于序列谱(或空间谱)构建自相关函数,度量邻近残基之间的相关程度,采用AdaB00st分类器预测蛋白质-蛋白质相互作用位点,精度达到67.6%,表明本文的方法预测蛋白质-蛋白质相互作用位点是有效的,为研究蛋白质-蛋白质相互作用位点研究提供了一种新方法.     

基于卷积长短时记忆神经网络的蛋白质二级结构预测

鉴于不同类型氨基酸的相互作用对蛋白质结构预测的影响不同,文中融合卷积神经网络和长短时记忆神经网络模型,提出卷积长短时记忆神经网络,并应用到蛋白质8类二级结构的预测中.首先基于氨基酸序列的类别信息和氨基酸结构的进化信息表示蛋白质序列,并采用卷积提取氨基酸残基之间的局部相关特征,然后利用双向长短时记忆神经网络提取蛋白质序列内部残基之间的远程相互作用,最后将提取的蛋白质的局部相关特征和远程相互作用用于蛋白质8类二级结构的预测.实验表明,相比基准方法,文中模型提高8类二级结构预测的精度,并具有良好的可扩展性.     

基于贝叶斯方法的蛋白质界面残基预测

蛋白质界面残基预测是蛋白质相互作用研究中的一项基本工作,在生物制药及蛋白质功能研究方面有着重要的应用.以蛋白质中的氨基酸残基为研究对象,使用残基的溶剂可及表面积及残基的序列谱为特征集,构建了基于贝叶斯方法的蛋白质界面残基预测器.方法有效地结合了蛋白质残基特征集的条件独立性假设及贝叶斯方法在处理不确定性数据方面的优点,通过对含77个蛋白质的数据集进行实验,结果比其它方法获得了6%的准确率的提高,三维可视化的结果也表明分类器预测的有效性.     

引入序列信息的残基相互作用网络比对算法

残基相互作用网络比对,对于研究蛋白质结构与功能的关系具有重要意义.在基于网络拓扑信息进行网络比对的MAGNA算法基础上,将蛋白质的序列信息（即残基匹配度）引入到其优化函数中,确定拓扑信息和序列信息对比对的影响程度,提出适合于残基相互作用网络比对的SI-MAGNA算法.实验结果表明,SI-MAGNA算法比现有的基于网络拓扑信息的经典比对方法（GRAAL、MI-GRAAL、MAGNA和CytoGEDEVO）具有更高的边正确性（edge correctness,简称EC）.最后,使用SI-MAGNA算法对来自不同耐热温度的生物的同源蛋白质进行网络比对和分析,探索蛋白质结构对其热稳定性的影响.     

利用序列和组合图卷积网络预测蛋白质功能

蛋白质功能的准确预测有利于推进生物医学发展,高通量测序技术的快速发展加快了蛋白质序列的提取速度,从而产生了大量未注释的蛋白质,并且新测序序列缺乏结构等生物信息,针对该问题提出了基于序列和组合图卷积网络的蛋白质功能预测模型(Protein Function Prediction using Sequences and Combined Graph Convolutional Networks, PFP-SCGCN).首先通过深度学习方法捕获蛋白质序列的多维特征信息,再通过多序列比对从蛋白质序列中提取进化耦合信息和氨基酸残基群落,然后利用进化耦合信息和氨基酸残基群落生成序列氨基酸之间两种不同连接程度的邻接矩阵,将这两种邻接矩阵与序列特征信息一起输入给组合图卷积网络进行信息融合,最后通过多个全连接层获得蛋白质功能类别信息.本文还通过分析PFP-SCGCN的特定网络层识别蛋白质功能位点,可帮助人们推测出新序列中的重要氨基酸.模型结果表明,PFP-SCGCN模型的功能预测准确率远高于对比方法,具有较好的鲁棒性,并且可以较准确的识别功能位点.     

多关系蛋白质网络构建及其应用研究

考虑到不同类型的相互作用对于功能预测的作用各不相同, 结合蛋白质相互作用网络和蛋白质结构域信息构建多关系蛋白质网络, 并为每种类型的相互作用赋予不同的遍历优先级.基于多关系网络, 提出一种蛋白质功能预测方法FPM (Functions prediction based on multi-relational networks).对于未注释的蛋白质, 算法遍历与该蛋白质相连的, 具有最高优先级的所有相互作用, 形成一个候选邻居节点集合.最后根据邻居节点集合形成预测的功能集合, 并为每一项功能评分、排序.与其他算法对比结果表明, FPM方法的性能优于其他的功能预测方法.     

Identification of interface residues in protease-inhibitor and antigen-antibody complexes: a support vector machine approach

In this paper, we describe a machine learning approach for sequence-based prediction of protein-protein interaction sites. A support vector machine (SVM) classifier was trained to predict whether or not a surface residue is an interface residue (i.e., is located in the protein-protein interaction surface), based on the identity of the target residue and its ten sequence neighbors. Separate classifiers were trained on proteins from two categories of complexes, antibody-antigen and protease-inhibitor. The effectiveness of each classifier was evaluated using leave-one-out (jack-knife) cross-validation. Interface and non-interface residues were classified with relatively high sensitivity (82.3% and 78.5%) and specificity (81.0% and 77.6%) for proteins in the antigen-antibody and protease-inhibitor complexes, respectively. The correlation between predicted and actual labels was 0.430 and 0.462, indicating that the method performs substantially better than chance (zero correlation). Combined with recently developed methods for identification of surface residues from sequence information, this offers a promising approach to predict residues involved in protein-protein interactions from sequence information alone.     

基于双重索引矩阵的蛋白质功能预测

针对单一数据源预测蛋白质功能效果不佳以及蛋白质相互作用网络信息不完全等问题,提出一种多数据源融合和基于双重索引矩阵的随机游走的蛋白质功能预测(MSI-RWDIM)算法。该算法使用了蛋白质序列、基因表达和蛋白质相互作用数据预测蛋白质功能,并根据这些数据源特性构建相应的相互作用加权网络;然后融合各数据源加权网络并结合功能相关性网络构建双重索引矩阵,使用随机游走算法计算得分进而预测蛋白质功能。在酵母数据集的五折交叉验证中,MSI-RWDIM算法具有较高的准确率和较低的覆盖率,还可降低功能标签损失率。研究结果表明,MSI-RWDIM算法的总体性能优于常用的k-近邻、直推式多标签集成分类和快速同步加权方法。     

基于朴素贝叶斯分类器的蛋白质界面残基识别(英文)

蛋白质相互作用中界面残基的识别在药物设计与生物体的新陈代谢等方面有着广泛应用。基于朴素贝叶斯分类器对属性条件独立性的要求,构建了由蛋白质序列谱和溶剂可及表面积组成的蛋白质相互作用特征模型。在一个具有代表性的蛋白质异源复合物组成的数据集中取得了68.1%的准确率、0.201 的相关系数、40.2%的特异度和 49.9%的灵敏度,取得了比其他方法更优的结果,且远优于随机的实验结果。通过一个三维可视化的结果更好地验证了方法的有效性。     

一种序列相关支持向量机的B桶状跨膜蛋白预测方法

膜蛋白是一种具有重要生物功能的蛋白质,根据蛋白质的序列信息预测其是否属于β桶状跨膜蛋白是结构预测与功能分析的重要先导步骤,也是蛋白质预测领域中的一个挑战性问题。针对这两类问题,提取了208条β桶状跨膜蛋白序列的氨基酸位置与理化特征。利用支持向量机(SVM)进行了预测,结果表明二分类精度与相关系数分别达到了88.36%与0.7723。     

基于序列的G蛋白偶联受体-药物相互作用预测研究

准确预测G蛋白质偶联受体(GPCR)是否与药物(Drug)相互作用是新药开发的关键步骤之一。从时间和费用方面来说,通过生物实验的方法来确定GPCR-Drug是否相互作用的代价是昂贵的。因此,直接从蛋白质序列出发预测GPCR-Drug的相互作用具有重要的意义。提出了一种基于序列的GPCR-Drug相互作用预测方法:从蛋白质序列抽取进化信息特征;对药物抽取指纹特征;基于上述两种特征,使用基于证据理论的K近邻算法进行分类预测。在标准数据集上的实验结果表明了所述方法的有效性。     

基于关键功能模块挖掘的蛋白质功能预测

精确注释蛋白质功能是从分子水平理解生物体的关键.由于内在的困难和昂贵的开销,实验方法注释蛋白质功能已经很难满足日益增长的序列数据.为此,提出了许多基于蛋白质相互作用（Protein-protein interaction,PPI）网络的计算方法预测蛋白质功能.当今蛋白质功能预测的趋势是融合蛋白质相互作用网络和异构生物数据.本文提出一种基于多关系网络中关键功能模块挖掘的蛋白质功能预测算法.关键功能模块由一组紧密联系且共享生物功能的蛋白质组成,它们能与网络中的剩余部分较好地区分开来.算法通过从多关系网络的每一个简单网络中挖掘高内聚、低耦合的子图形成关键功能模块.关键功能模块中邻居蛋白质的功能用于注释待预测功能的蛋白质.每一个简单网络在蛋白质功能预测中的重要性各不相同.实验结果表明,提出的方法性能优于现有的蛋白质功能预测方法.     

基于改进的PSO算法的关键蛋白质识别方法研究

关键蛋白质是生物体内维持所有生命活动最重要的物质基础。随着高通量技术的发展,如何从蛋白质相互作用网络中识别出关键蛋白质成为目前蛋白质组学的研究热点。针对大部分现有方法仅仅基于网络拓扑结构信息进行识别以及蛋白质相互作用数据假阳性高的问题,提出了改进的粒子群算法来识别关键蛋白质。通过综合考虑网络拓扑结构特性和多源生物属性信息构建了高质量的加权网络,还考虑使用蛋白质节点间联系的紧密程度来衡量蛋白质的关键性,并扩展局部网络拓扑至二阶邻居,大大提高了预测的准确率。提出了衡量top-p关键蛋白质的整体性指标,降低了计算复杂度。在标准数据集上的实验结果表明,与其他经典算法相比,所提算法更具优势,能够识别出更多的蛋白质,具有较高的准确率。