Research Article

İnsana ait protein fonksiyonlarının protein haritalama teknikleri ve derin öğrenme modeli ile tahmin edilmesi

Volume: 28 Number: 2 April 30, 2022
  • Talha Burak Alakuş *
  • İbrahim Türkoğlu
TR EN

İnsana ait protein fonksiyonlarının protein haritalama teknikleri ve derin öğrenme modeli ile tahmin edilmesi

Öz

Canlıların moleküler mekanizmasının anlaşılabilmesi için protein fonksiyonları önem arz etmektedir. Proteinlere ait fonksiyonlar belirlenirken, proteinlerin yapılarından yararlanılır. Protein fonksiyonları daha çok, karakterize edilmemiş protein dizilimlerinin anotasyonlarının belirleyebilmek, canlıların hücresel mekanizmalarını anlayabilmek, genlerde ya da proteinlerde hastalığa neden olan fonksiyonel değişiklileri belirleyebilmek ve hastalıkların önlenebilmesi, tedavi edilebilmesi ve teşhisi için yeni yaklaşımlar geliştirmek için kullanılmaktadır. Protein fonksiyonları deneysel yöntemlerle etkin bir şekilde belirlenebilmektedir. Ancak, deneysel yöntemlerin zaman alması ve çok sayıda kimyasal süreçten geçmesi, bu aşamaların yavaş ve maliyetli olmasına neden olmaktadır. Bunlara ek olarak, fonksiyonel yapısı ve dizilimi bilinen bazı proteinlerin anotasyonları deneysel süreçlerden dolayı halen belirlenememektedir. Bu gibi nedenler ve dezavantajlardan dolayı hesaplama-tabanlı uygulamalara ihtiyaç duyulmaktadır. Hesaplama-tabanlı uygulamalar için genellikle yapay zeka algoritmaları kullanılmaktadır. Yapay zeka yöntemleri ile protein fonksiyonlarının tahmin edilebilmesi için protein dizilimlerinin belirli haritalama yöntemleri ile sayısal hale getirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, belirli protein haritalama teknikleri kullanılarak gen ontoloji tabanlı protein fonksiyonlarının tahmini gerçekleştirilmiştir. Çalışma, protein verilerinin elde edilmesi, protein dizilimlerinin sayısallaştırılması, protein fonksiyonlarının sınıflandırılması ve protein haritalama tekniklerinin performanslılarının belirlenmesi olmak üzere dört farklı aşamadan oluşmaktadır. Çalışmanın sonunda, biyolojik süreç kategorisinde en iyi doğruluk ve AUC skoru PAM250 protein haritalama tekniği ile elde edilmiş ve sırasıyla %69 ve %88 olarak hesaplanmıştır. Hücresel bileşen kategorisinde ise en iyi doğruluk ve AUC değer, sırasıyla %64 ve %89 oranı ile FIBHASH protein haritalama tekniği ile elde edilmiştir. Moleküler fonksiyon kategorisinde ise %64 AUC oranı ve %89 doğruluk değeri ile en iyi sonuç FIBHASH ile elde edilmiştir. Önerilen yapay zekâ yöntemi ile protein sayısal haritalama tekniklerinin birlikte kullanımının, protein fonksiyonlarının tahmin edilmesinde etken bir role sahip olduğu gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

References

  1. [1] Rifaigolu AS, Dogan T, Martin MJ, Cetin-Atalay R, Atalay V. “DEEPred: Automated protein function prediction with multi-task feed-forward deep neural networks”. Scientific Reports, 9(1), 7344, 2019.
  2. [2] Liolios K, Chen IM, Mavromatis K, Tavernarakis N, Hugenholtz P, Markowitz VM, Kyrpides NC. “The genomes on line database (GOLD) in 2009: Status if genomic and metagenomica projects and their associated metadata”. Nucleic Acids Research, 38, 346-354, 2010.
  3. [3] Cao R, Cheng J. “Integrated protein function prediction by mining function associations, sequences, and protein-protein and gene-gene interaction networks”. Methods, 93, 84-91, 2016.
  4. [4] The UniProt Consortium. “UniProt: the universal protein knowledgebase”. Nucleic Acids Research, 45, 158-169, 2017.
  5. [5] Bonetta R, Valentino G. “Machine learning techniques for protein function prediction”. Proteins, 88(3), 397-413, 2020.
  6. [6] Ashburner M, Ball CA, Blake JA, Botstein D, Butler H, Cherry JM, Davis AP, Dolinski K, Dwight SS, Eppig JT, Harris MA, Hill DP, Issel-Tarver L, Kasarskis A, Lewis S, Matese JC, Richardson JE, Ringwald M, Rubin GM, Sherlock G. “Gene ontology: tool for the unification of biology”. Nature Genetics, 25(1), 25-29, 2000.
  7. [7] Friedberg I. “Automated protein function prediction: the genomic challenge.” Briefings in Bioinformatics, 7(3), 225-242, 2006.
  8. [8] Lee D, Redfern O, Orengo C. “Predicting protein function from sequence and structure”. Nature Reviews: Molecular Cell Biology, 8(12), 995-1005, 2007.

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Engineering

Journal Section

Research Article

Authors

Talha Burak Alakuş * This is me
Türkiye

İbrahim Türkoğlu This is me
Türkiye

Publication Date

April 30, 2022

Submission Date

January 11, 2021

Acceptance Date

March 22, 2021

Published in Issue

Year 2022 Volume: 28 Number: 2

APA
Alakuş, T. B., & Türkoğlu, İ. (2022). İnsana ait protein fonksiyonlarının protein haritalama teknikleri ve derin öğrenme modeli ile tahmin edilmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(2), 255-265. https://izlik.org/JA29DH85BM
AMA
1.Alakuş TB, Türkoğlu İ. İnsana ait protein fonksiyonlarının protein haritalama teknikleri ve derin öğrenme modeli ile tahmin edilmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2022;28(2):255-265. https://izlik.org/JA29DH85BM
Chicago
Alakuş, Talha Burak, and İbrahim Türkoğlu. 2022. “İnsana Ait Protein Fonksiyonlarının Protein Haritalama Teknikleri Ve Derin öğrenme Modeli Ile Tahmin Edilmesi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 28 (2): 255-65. https://izlik.org/JA29DH85BM.
EndNote
Alakuş TB, Türkoğlu İ (April 1, 2022) İnsana ait protein fonksiyonlarının protein haritalama teknikleri ve derin öğrenme modeli ile tahmin edilmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 28 2 255–265.
IEEE
[1]T. B. Alakuş and İ. Türkoğlu, “İnsana ait protein fonksiyonlarının protein haritalama teknikleri ve derin öğrenme modeli ile tahmin edilmesi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 28, no. 2, pp. 255–265, Apr. 2022, [Online]. Available: https://izlik.org/JA29DH85BM
ISNAD
Alakuş, Talha Burak - Türkoğlu, İbrahim. “İnsana Ait Protein Fonksiyonlarının Protein Haritalama Teknikleri Ve Derin öğrenme Modeli Ile Tahmin Edilmesi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 28/2 (April 1, 2022): 255-265. https://izlik.org/JA29DH85BM.
JAMA
1.Alakuş TB, Türkoğlu İ. İnsana ait protein fonksiyonlarının protein haritalama teknikleri ve derin öğrenme modeli ile tahmin edilmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2022;28:255–265.
MLA
Alakuş, Talha Burak, and İbrahim Türkoğlu. “İnsana Ait Protein Fonksiyonlarının Protein Haritalama Teknikleri Ve Derin öğrenme Modeli Ile Tahmin Edilmesi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, vol. 28, no. 2, Apr. 2022, pp. 255-6, https://izlik.org/JA29DH85BM.
Vancouver
1.Talha Burak Alakuş, İbrahim Türkoğlu. İnsana ait protein fonksiyonlarının protein haritalama teknikleri ve derin öğrenme modeli ile tahmin edilmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi [Internet]. 2022 Apr. 1;28(2):255-6. Available from: https://izlik.org/JA29DH85BM