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血凝素蛋白及抗体相互作用的太赫兹光谱主成分分析
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:Acta Physica Sinica
  • 时间:2015.6
  • 页码:448-454
  • 分类:O434.3[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理]
  • 作者机构:[1]深圳大学医学院生物医学工程系,医学超声关键技术国家-地方联合工程实验室,广东省生物医学信息检测与超声成像重点实验室,深圳518060, [2]首都师范大学物理系,北京100048
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61205092,11204190)、广东省自然科学基金(批准号:S2012040007668)和广东省教育厅高校优秀青年创新人才培养计划(批准号:2012LYM_0116)资助的课题.
  • 相关项目:类维生素A及其衍生物分子低频振动的太赫兹与低频拉曼光谱研究
中文摘要:

采用太赫兹时域光谱系统,测量了7种不同浓度的血凝素蛋白及其与特异性抗体、无关抗体对照组反应的透射光谱,采用光谱预处理及主成分分析法,对多个太赫兹光谱参数进行分析.结果显示,主成分分析在数据降维的同时,可以突出数据的主要变化趋势;在原始变量相关性一致的条件下,约化吸收截面与血凝素蛋白浓度之间表现出最强的相关性,而介电损耗角正切值更适合于对血凝素蛋白一抗体复合物的聚类效果进行定性分析.该研究表明主成分分析法对于太赫兹生物光谱的分析及进一步研究蛋白质的结构和功能具有重要的指导意义.

英文摘要:

One has proved that the collective structural vibrational modes of proteins are in the terahertz (THz) frequency range. These frequencies relate to the polypeptide backbone and are thought to be essential for conformational dynamics necessary for protein function. Hemagglutinin (HA) is the main surface glycoprotein of the influenza A virus. The H9N2 subtype influenza A virus is recognized as the most possible pandemic strain as it crosses the species barrier, infects swine and humans. In this paper we use principal component analysis (PCA) to study the 7 different concentrations dependent terahertz spectra of hemagglutinin proteins, and detect the binding interaction of HA with the broadly neutralizing monoclonal antibody F10 in liquid phase. Spectrum pretreatment and band selection play a vital role in the THz spectroscopic analysis due to the fact that the original spectrum contains a large amount of interference information. In order to compress variables and extract useful information, we use a variety of pretreatment methods, such as second derivative, multiplicative scatter correction (MSC), least square polynomial fitting derivation, standard normalization, smoothing, moving window median filtering before PCA analysis. We even consider MSC + smoothing + SG second derivative + median filtering as the optimized pretreatment method finally. THz spectrum parameters including refractive index, absorption coefficient, reduced absorption cross-section and dielectric loss angle tangent are calculated in a frequency range of 0.1-1.4 THz for comparison. The results indicate that the reduced absorption cross- section presents the highest correlation response to the concentration variation of HA protein, and the dielectric loss angle tangent appears to be more appropriate for qualitative analysis of HA-antibody binding interaction. PCA method provides a feasible and effective way to find the sensitive parameters for further analyzing the function of protein and the antigen-antibody interaction us

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876