利用T細胞抗原決定位預測之電腦輔助疫苗設計

免疫系統是生物體利用細胞各種構造和反應，來保護自己不被其他入侵物或疾病所 攻擊之系統。當宿主受到病原體攻擊時，免疫系統透過蛋白質上部分位點或稱抗原決定 位之辨識，來啟動各種生理功能進行防禦。然而雖然近年來實驗技術進展快速，但只依 靠傳統實驗方法來辨識抗原決定位仍相當昂貴且耗時，因此如何利用資訊計算方法直接 由序列來求得位於蛋白質上之抗原決定位，在以透過分析宿主和病原體之關係，進而發 展抗原疫苗之相關研究中已成為一個非常重要的課題。 本計畫中，我們將以 T細胞抗原決定位預測分析為例，提出一個擷取多種物理化學 特性為特徵表現、並利用對應分析做為特徵縮減、最後經過緊緻集分析和支持向量機分 類之預測系統，來說明我們將用來進行抗原決定位之分析方法。此計算方法之發展，將 能協助生物學家進行開發疫苗以及治療人類免疫系統疾病之研究：如人類免疫缺陷病 毒、瘧疾、結核病和流行性感冒等。所提出之方法將可針對癌症、過敏和自體免疫系統 等疾病提出寶貴的生物特徵和知識。在此計畫中，我們將提出一系列系統性之免疫生物 資訊學研究，包括 T 細胞抗原決定位辨識、主要組織相容性複合體(MHC)抗原結合親和 性之量化分析，以及抗原處理之反應途徑來準確預測抗原決定位。 首先在 T細胞抗原之預測研究，我們將針對包括毒殺型 T細胞抗原和輔助型 T細胞 抗原提出抗原決定位之相關分析。我們將先辨識出能決定免疫原性之相關生物、物理和 化學關鍵特徵。再來我們將運用特徵擷取、特徵表現和特徵縮減等資訊方法，來分析我 們所辨識出之各種物化特性。最後提出結合緊緻集和支持向量機之整合型預測系統，希 望藉由分析結果提出重要的生物特徵，以供生物實驗室作為設計抗原疫苗之參考。 其次在 MHC抗原結合親和性之量化分析中，我們將根據抗原決定位預測研究所提出 之生物特徵，進一步延伸來發展預測 MHC抗原結合親和性之相關研究。我們將運用之前 發展核糖核酸結合點預測之經驗，來量化第一類和第二類 MHC分子抗原結合之親和力。 此外，由於許多研究發現演化資訊和物化特性與抗原結合親和性具有很高相關性，我們 也將運用抗原決定位預測研究中所提出之生物特徵辨識方法，希望能夠用來準確預測各 種非特異性之 MHC抗原對偶基因。 最後抗原處理反應途徑亦在抗原決定位中扮演重要角色。在此計畫中，我們亦將發 展預測系統來進行蛋白酶體切割位點和抗原加工相關性傳遞蛋白預測。最後，我們將提 出一個結合 T細胞抗原決定位、MHC結合親和性及抗原處理反應之系統性整合預測系統。 在此三年計畫中，我們將致力於發展更多自動預測系統及分析重要生物特徵，希望 能協助免疫學家進行抗原決定位分析，進而對抗原疫苗之設計開發有所貢獻。