随着基因工程的完成,后基因组时代意味着生命研究的方向将更多的转向功功能蛋白质组学等新领域。高通量实验等技术的飞速发展也为功能蛋白质组学的研究提供了新的机遇和挑战。蛋白翻译后修饰作为机体中常见的一种发生机制,在机体的多种生理调控过程和功能方面扮演着非常重要的角色。虽然高通量等生物技术在蛋白翻译后修饰识别方面取得了巨大的成果,但是出于成本和劳动力考量上仍然存在着很大的局限性。且在探究更深层次上结构与功能之间的关系也不甚理想。因此发展准确且高效的理论计算方法识别和分析蛋白翻译后修饰具有十分重要的意义。以多种修饰周边序列的生化环境,结构以及进化保守性分析为基础,我们不仅构建了多个修饰位点预测工具,也从遗传变异的角度系统研究了氨基酸突变对修饰的潜在影响并进一步对修饰相关疾病进行研究。主要工作总结如下:1.系统的分析了人类蛋白质组范围内氨基酸变异对小泛素化的影响以及对疾病的潜在关联。首先基于序列进化、结构信息和氨基酸物理化学属性构建了预测蛋白小泛素化位点的预测模型SumoPred,随后运用该预测模型对发生变异与未发生变异的蛋白质进行一一预测,并定义SUMOAMVR为与小泛素化相关的氨基酸变异。通过对比分析同一条蛋白上氨基酸变异前后小泛素化的发生状态,将SUMOAMVR分为四种情况,并进行了详细的分析。最终发现17.13%的氨基酸变异是潜在的SUMOAMVR,其中,4.83%引发疾病的氨基酸变异能导致SUMOAMVR,并且通过统计分析得到直接产生新的赖氨酸小泛素化位点的氨基酸变异更有可能诱发相关疾病。其在线服务网址为:http://bioinfo.ncu.edu.cn/SUMOAMVR_Home.aspx.2.构建了基于多特征融合的琥珀酰化位点在线预测工具。蛋白质琥珀酰化作为蛋白质翻译后修饰(PTMs)的一种重要形式,在各种生命活动中起着重要的作用。尽管蛋白质琥珀酰化位点可以通过实验方法测定,但是对于琥珀酰化的基底特异性仍然不清楚,利用实验方法鉴定蛋白质琥珀酰化位点既耗时又昂贵。采用理论的计算方法可以对蛋白质琥珀酰化位点进行有效的预测分析,从而为相关研究提供有效的理论依据。在本文,我们开发了一种名为SuccFind的新的琥珀酰化位点在线预测工具。我们通过F-Score打分对琥珀酰化的序列特征,进化相似性进行权重打分,提取得分较高的特征维数组成新的的特征值,并输入支持向量机(SVM)进行训练和预测。特征分析显示提取出来的关键氨基酸位置对于提高琥珀酰化位点预测模型的性能具有重要推动作用。通过结合Matlab和Asp.net技术构建了在线预测平台,服务网址为:http://bioinfo.ncu.edu.cn/SuccFind.aspx.3.蛋白质组学范畴内系统的分析了功能性相关的赖氨酸原位Crosstalks。越来越多的研究表明赖氨酸上的蛋白翻译后修饰协同作用在特定的生物过程中发挥着非常重要的作用。然而,不同PLMs之间发生Crosstalks的倾向性和他们所调节的功能仍然没有得到系统的验证和探究。为此,我们系统的研究了包括琥珀酰化,小泛素化和乙酰化三种修饰的原位Crosstalks。从结果中,我们发现琥珀酰化与小泛素化之间的原位Crosstalks是低表达的,而琥珀酰化与小泛素化更倾向与乙酰化在同一个赖氨酸上发生相互作用并参与不同的生物过程。亚细胞定位和生化环境的进一步分析显示不同赖氨酸修饰发生原位Crosstalks在不同亚细胞腔室和蛋白结构具有很大差异性。短期进化分析表明修饰共发生位点相对于单一修饰没有表现出额外的进化压力。但是,发生在共修饰位点邻进的基因遗传变异在一定程度上可能会影响到中心修饰从而在人类疾病中扮演了重要的角色。进化树系统分类还显示出表达后包含赖氨酸共修饰位点的基因更有可能拥有更高的进化的相似性,更倾向于聚集在特定的进化分支。综上所述,我们的研究结果有利于进一步了解不同赖氨酸修饰的内在关联和原位Crosstalks的多方面特征。