Investigación inmunológica
Acceso abierto

abstracto

Un enfoque integrado para el análisis de epítopos I: Reducción dimensional, visualización y predicción de la unión del MHC utilizando componentes principales de aminoácidos y enfoques de regresión

E Jane Homan

Antecedentes: El funcionamiento del sistema inmunitario es multivariable. La reducción de la dimensionalidad es fundamental para facilitar la comprensión de este complejo sistema biológico. Una faceta multidimensional del sistema inmunitario es la unión de epítopos a las moléculas MHC-I y MHC-II por diversas poblaciones de individuos. La predicción de tal unión de epítopos es crítica y se han diseñado varias estrategias inmunoinformáticas que utilizan matrices de sustitución de aminoácidos para desarrollar algoritmos predictivos. Al mismo tiempo, las herramientas computacionales y estadísticas han evolucionado para manejar el análisis multivariado y megavariado, pero no se han implementado sistemáticamente en la predicción de la unión del MHC. El análisis de mínimos cuadrados parciales, el análisis de componentes principales y las técnicas de regresión asociadas se han convertido en la norma en el manejo de conjuntos de datos complejos en muchos campos. Hace más de dos décadas, Wold y sus colegas demostraron que los componentes principales de los aminoácidos podrían usarse para predecir la unión de péptidos a receptores celulares. Hemos aplicado esta observación al análisis de la unión del MHC ya la derivación de métodos predictivos aplicables en una escala de proteoma completo. Resultados: Mostramos que los componentes principales de aminoácidos y los enfoques de mínimos cuadrados parciales se pueden utilizar para visualizar las propiedades fisicoquímicas subyacentes del dominio de unión del MHC mediante el uso de software comercialmente disponible. Además, mostramos la aplicación de componentes principales de aminoácidos para desarrollar algoritmos de predicción de regresión de redes neuronales no lineales y mínimos cuadrados parciales lineales para moléculas MHC-I y MHC-II. Varias opciones de visualización para la ayuda de salida en la comprensión de las propiedades fisicoquímicas subyacentes, permiten la confirmación de trabajos anteriores sobre la importancia relativa de ciertos residuos de péptidos para la unión de MHC y también brindan nuevos conocimientos sobre las diferencias entre las moléculas de MHC. Comparamos las herramientas de predicción de enlace MHC lineales y no lineales con varias herramientas predictivas actualmente disponibles en Internet. Conclusiones: A diferencia de los paradigmas de interacción del usuario altamente restringidos de los enfoques de servidor web, los enfoques computacionales locales permiten el análisis interactivo y la visualización de datos multidimensionales complejos utilizando herramientas matemáticas robustas. Nuestro trabajo muestra que las herramientas de predicción como estas se pueden construir en el JMP® pueden operar en un entorno de hoja de cálculo en una computadora de escritorio y son capaces de manejar análisis a escala de proteoma con alto rendimiento.