16個艾滋病毒蛋白(藍色)的相互作用
不久之前，科學家們還在為人類基因組序列草圖的繪制完成感到歡欣鼓舞，另一方面，**的蛋白質相互作用網絡圖譜的繪制同樣備受期待。2012年4月的Nature雜志就刊登了兩個研究小組在這方面的新研究成果。
生物學家們通過幾種方式來檢測獲得的蛋白質互作數(shù)據。他們通常會將蛋白質-蛋白質互作網絡分層放置到其他網絡上。例如在鑒別出調控某個基因的轉錄因子后，他們會進一步搜索數(shù)據庫和文獻尋找轉錄因子的互作伴侶蛋白。研究人員也會探討一組蛋白間相互連接的機制，基于網絡的結構，例如將具有多互作伴侶的蛋白質分類，由此來設置問題。
然而韋恩州立大學醫(yī)學院網絡學家Russell Finley警告說，并非所有的互作數(shù)據都是相等的。Finley認為結合質量檢測有可能使數(shù)據更具權威性。當前精明的研究人員借助于多種不同的檢測手段來獲取更多的信息，借此來濾除一些蛋白質互作，但這些“直覺性的過濾”有可能存在偏倚。例如，蛋白質研究越深入，就會發(fā)現(xiàn)越多的互作。Finley說更好的辦法就是考量所有的現(xiàn)有數(shù)據，通過評分來反饋一種互作真實存在的可能性。計算機分析可用于評估更多的互作，對那些較高信任評分的蛋白給予更多的權重。
一周內酵母雙雜交可以探測出數(shù)以萬計的潛在蛋白質互作
一種互作有可能存在，卻并沒有實際意義。加拿大蒙特利爾大學生物化學家Stephen Michnick說“首先真正的問題是什么互作具有意義。一種互作有可能在多種分析中獲得很好的重現(xiàn)，但卻不具有生物重要性。”換句話說，這種互作沒有什么明顯的影響：它不會導致一種分子機器開啟或終止，一種酶激活或另一種蛋白破壞。
Michnick在完成了一項可在更天然的背景下進行蛋白互作分析的綜合研究后得出了這些結論。在蛋白質片段互作分析中，互作蛋白重構出一種酵母在培養(yǎng)條件下生存所需的酶。他們鑒別出了大約3000種新互作，大量涉及膜蛋白和其他未達到細胞核的蛋白。
然而他們對觀察的成千上萬種其他的蛋白質互作卻表示信心不足。Michnick 說：“我們非常驚訝，一些已知的蛋白生成了太多的互作，或是沒有生物學意義的互作。我們認為我們采用了**的方法，因此我們應該得到**的結果。我們于是想到，如果我們正在看到的是垃圾互作，其他的人正在尋找的是垃圾互作，那什么是垃圾?”Michnick認為答案就是在自然情況下就存在一些“垃圾”互作，就像部分DNA似乎沒有功能，而僅僅是存在著。
Michnick認為甚至在**篩選中也可能有多達一半的互作沒有生物學功能。應對大量的蛋白持懷疑態(tài)度，但是如果一對相同的蛋白總是一同被發(fā)現(xiàn)，那么這種互作更有可能是真實的，這同樣適用于跨越多個物種的互作。
加州大學圣地亞哥分校網絡生物學家Trey Ideker表示他更擔心的是已經觀察到的是非常小的一部分?！澳壳拔覀儾⒉恢廊绾握业酵ㄍδ苄曰プ鞯慕輳?，尚缺乏一些無偏倚的途徑來獲取所有互作。我們用手電筒照亮了20%的區(qū)域，其他80%還處于黑暗中。事實上，沒有人知道互作的范圍有多大，但是所有人都一致認為我們離繪制這一圖譜還有相當?shù)木嚯x。”
現(xiàn)在已經發(fā)現(xiàn)的蛋白質互作已經多到無法逐個開展研究。Ideker認為好的方法就是以數(shù)據庫的形式來思考?！拔乙呀洆碛辛巳绱她嫶蟮幕プ鲾?shù)據，我該如何才能更好的查詢它?”
一種策略是將圍繞重點問題的不同數(shù)據集組合到一起。例如，Ideker決定進行酵母雙雜交(Y2H)篩查找出參與絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號級聯(lián)反應的蛋白質互作。MAPK是調控細胞生長、分化和生存的一個重要的**靶標。Ideker和他的同事們挑選出了150種與該信號通路相關的蛋白質，并利用Y2H分析探究了它們的互作伴侶。由此發(fā)現(xiàn)了大約1500種蛋白，超過2000種互作。
從中他們挑選了十幾個從前未證實與MAPK級聯(lián)相關的蛋白，利用RNA干擾抑制已確定互作伴侶的表達。在約三分之一的情況下，RNA抑制改變了級聯(lián)反應中基因的表達，表明這些互作是具有功能性的。后續(xù)研究提供了頭個實驗證據證實一種稱為NHE-1的蛋白充當了MAPK的支架。
Ideker說首先從互作著手，再用其他的數(shù)據逐個排除，研究人員就可以發(fā)現(xiàn)新的生物學。
研究人員還可以深入了解蛋白質物理互作機制。今年，美國康奈爾大學的于海源(Haiyuan Yu)博士及同事將蛋白互作網絡與關于互作蛋白配體結構信息整合到一起生成了一個可定位**相關突變的三維平臺。
他們將幾種建立的蛋白質互作、互作的物理結構以及遺傳檢測的數(shù)據集組合到一起證實當突變不能阻止蛋白質表達時仍可導致**。此外，研究人員還證實這些突變更有可能發(fā)生在蛋白質的互作界面?！霸谶^去的十年里，生物學家們一直使用這一數(shù)學定義。每個蛋白就是一個數(shù)學圓點?，F(xiàn)在我們知道蛋白質的結構對于功能極其重要，”于海源說。
歐洲分子生物學實驗室Anne-Claude Gavin主要從事蛋白質復合物研究，她認為從了解一種互作是否在特定的細胞類型中或某些情況下發(fā)生的信息到揭示其功能還有相當長的一段路?！盎プ鞅仨毷潜尘耙蕾囆缘?它們必須在一個時間點開始，另一個時間點結束。”但是這類研究難度非常大，且少有人開展?！斑@是一個我們還無法理解的復雜水平層面，”Gavin說。
為了了解背景下的蛋白質與蛋白質互作，研究人員需要將它們挑選出來開展針對性的研究。
有時候，可采用一些篩查技術深度追蹤特異性的互作。例如，可用熒光蛋白或熒光素酶作互補性檢測追蹤互作蛋白。由于不同顏色的熒光蛋白非常相似，可通過檢測一種蛋白篩查同一細胞中兩種或更多的蛋白互作。一種蛋白用黃色熒光蛋白片段標記，**種蛋白用青色熒光蛋白片段標記，其他檢測蛋白攜帶兩種熒光蛋白共有的片段。這樣可以顯示出哪些蛋白互作正在發(fā)生，它們在細胞的何處發(fā)生互作。熒光素酶互補測試還可與多種顏色的蛋白質一起使用，其擁有的獨特優(yōu)勢是酶容易分裂和改造，這使得研究人員能夠研究互作破壞的機制。成像技術例如生物發(fā)光共振能量轉移和熒光共振能量轉移可用于活細胞。它們利用的是遺傳標記蛋白，當?shù)鞍踪|相互接觸時這些標記蛋白就會發(fā)光，因此被用于多種分析中。還可以用其他的分析分別標記兩種蛋白，并檢測它們是否一同在細胞內移動。
相比于大規(guī)模篩查，一次一個的蛋白互作研究不單昂貴而且速度較慢，但也是非常重要的。Uetz說：“終你還是應該深入到實際的互作中?！?/p>
隨著人們對蛋白質互作機制的了解加深，未來這一技術勢必越來越造福人類。
原文摘要：
Proteomics: The interaction map
As increasing numbers of protein–protein interactions are identified, researchers are finding ways to interrogate these data and understand the interactions in a relevant context.
Around the time that scientists celebrated the completion of the draft sequence of the human genome, papers from two separate groups described results of another project that tested all the possible pairings of thousands of yeast proteins to see whether they interact.
The importance of protein–protein interactions is beyond dispute. Little happens in a cell without one protein 'touching' another. Whether a cell divides, secretes a hormone or triggers its own death, protein–protein interactions make the event happen. Consequently, comprehensive maps showing which proteins came together in a yeast cell were much anticipated.
