基于深度学习的蛋白质翻译后修饰位点预测研究

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1、分类号：TP39单位代码：10183研究生学号：2012531040密级：公开基于深度学习的吉林大学蛋白博士学位论文质翻译基于深度学习的蛋白质翻译后修饰位点预测研究后修Researchofproteinpost-translationalmodificationsite饰predictionusingdeeplearning位点作者姓名：王多林预专业：计算机科学与技术（生物信息学）测研研究方向：计算生物学究指导教师：梁艳春教授吉培养单位：计算机科学与技术学院林大2018年6月学基于深度学习的蛋白质翻译后修饰位点预测研究Researchofproteinpost-transla

2、tionalmodificationsitepredictionusingdeeplearning作者姓名：王多林专业名称：计算机科学与技术研究方向：生物信息学指导教师：梁艳春教授学位类别：工学博士培养单位：计算机科学与技术学院论文答辩日期：2018年6月5日授予学位日期：年月日论文评阅人：答辩委员会组成：姓名职称工作单位姓名职称工作单位盲审专家教授中国科学技术大学主席许东教授密苏里大学盲审专家教授大连理工大学委员徐鹰教授佐治亚大学盲审专家教授苏州大学马志强教授东北师范大学刘磊教授吉林大学欧阳继红教授吉林大学欧阳丹彤教授吉林大学宫雷光教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法

3、收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的博士学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数

4、据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：计算机科学与技术（生物信息学）论文题目：基于深度学习的蛋白质翻译后修饰位点预测研究作者签名：指导教师签名：2018年6月3日作者联系地址（邮编）：吉林大学计算机科学与技术学院130012作者联系电话：提要本文面

5、向蛋白质翻译后修饰（Post-TranslationalModification，PTM）位点预测问题进行了基于深度学习方法的算法研究。具体工作如下：（1）针对通用及激酶特异性磷酸化位点预测问题，提出了基于深度学习的MusiteDeep框架并开发了相应的开源代码工具包。MusiteDeep框架在磷酸化位点预测精度方面较已有方法取得了显著提升。同时该框架也适用于其他基于序列的PTM位点预测问题。（2）探索了与深度学习模型相关的多种训练策略，主要包括基于Bootstrapping方法的集成训练策略，结合不同物种信息的数据串行化训练策略，以及针对PTM特征层次结构而设计的模型并行化

6、训练策略。（3）将胶囊网络应用于生物序列研究中，建立了面向多种PTM位点预测问题的模型，并探索了胶囊网络在生物序列分析中的优势。本文的研究为如何将深度学习方法应用于PTM预测问题提供了一套流程，为其他基于蛋白质序列的预测方法的研究奠定了基础，并将会启发深度学习方法在计算蛋白质组学中其他方向的应用。摘要摘要基于深度学习的蛋白质翻译后修饰位点预测研究蛋白质翻译后修饰（Post-TranslationalModification，PTM）通常是指一个功能集团（functionalgroup）或者小分子量的蛋白与蛋白质氨基酸序列特定位置的共价结合。已知的PTM已超过400多种，例如磷

7、酸化，乙酰化，甲基化以及泛素化等。PTMs几乎影响细胞生物学和发病机制的方方面面，在细胞分化，信号和调节过程，基因表达调控，以及蛋白质-蛋白质相互作用等关键细胞过程中都发挥着重要作用。PTMs的异常还与疾病和癌症密切相关，而参与PTMs的各种调节酶已成为很多药物的靶点。因此PTM问题是蛋白质组学研究中的重要课题。PTM研究的一个关键问题是全面及准确地识别蛋白质序列上的PTM位点。虽然通过高精度的质谱检测就可以检测到特定的PTM位点，但该方法价格昂贵、耗时，不适合大规模的检测，更不可能进行全蛋白质组级别的