在一項新的研究中,來自美國哈佛醫(yī)學院的研究人員繪制出人5800多個基因編碼的蛋白相互作用圖譜(或者說網(wǎng)絡(luò))。這些基因代表著超過四分之一的人基因組。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2017年5月25日的Nature期刊上,論文標題為“Architecture of the human interactome defines protein communities and disease networks”。
這個被稱作BioPlex 2.0的網(wǎng)絡(luò)鑒定出56000多種*的蛋白相互作用,它們中的87%是之前未知的。這個網(wǎng)絡(luò)是迄今為止zui大的。
BioPlex揭示出與基礎(chǔ)細胞過程和高血壓、癌癥等疾病相關(guān)聯(lián)的蛋白群體,并且為努力理解人類生物學特征和疾病提供新的機會。
論文共同通信作者、哈佛醫(yī)學院細胞生物學系主任Wade Harper教授說,“基因并不只是一段DNA?;蛞矔幋a蛋白。除非我們能夠理解人蛋白質(zhì)組,否則我們很難*搞清楚人基因組。BioPlex提供一種具有解決這種挑戰(zhàn)所需的數(shù)據(jù)的深度和廣度的框架。”
論文共同通信作者、哈佛醫(yī)學院賽默飛世爾多重蛋白質(zhì)組學中心主任、細胞生物學教授Steven Gygi說,“這個項目是人蛋白相互作用圖譜,涵蓋生物學的每個方面。它為每種蛋白構(gòu)建一種社會網(wǎng)絡(luò),從而允許我們不僅觀察蛋白如何相互作用,而且觀察之前未知的蛋白的可能存在的功能性作用。”
誘餌和獵物
在人基因組上的大約2萬個蛋白編碼基因中,科學家們僅詳細地研究了其中的一部分。為了努力描繪出細胞中的全部蛋白(蛋白質(zhì)組)和它們之間的相互作用(相互作用組),Harper和Gygi領(lǐng)導的一個研究團隊開發(fā)出BioPlex,即一種高通量鑒定蛋白相互作用的方法。
BioPlex采用所謂的親和純化:在實驗室中,標記的“誘餌”蛋白在人細胞中表達,這種誘餌蛋白能夠結(jié)合它的相互作用搭檔,或者說“獵物”蛋白,隨后將這些獵物蛋白從細胞中撈出來,并利用質(zhì)譜對它們進行分析。在2015年,BioPlex 1.0利用從人ORF組(Human ORFeome)數(shù)據(jù)庫中獲得的大約2600種不同的誘餌蛋白鑒定出將近24000種蛋白相互作用。
在當前的這項研究中,該研究團隊對這個網(wǎng)絡(luò)加以擴大,讓它包括5891種不同的誘餌蛋白,從而揭示出涉及10961種不同蛋白的56553種蛋白相互作用。經(jīng)估計,87%的這些相互作用之前未被報道。
連坐法(guilt by association)
為了繪制這些相互作用,BioPlex 2.0鑒定出功能相關(guān)的蛋白組。這些功能相關(guān)的蛋白往往簇集在一起,形成緊密關(guān)聯(lián)的蛋白群體。這種“連坐法”分析提示著之前未知的蛋白的可能作用,這是因為這些蛋白群體經(jīng)?;祀s著具有已知功能的蛋白和具有未知功能的蛋白。
這個研究團隊繪制出與基礎(chǔ)細胞過程(如DNA轉(zhuǎn)錄和能量產(chǎn)生)和多種人類疾病相關(guān)的眾多蛋白群體。比如,結(jié)直腸癌似乎與在異常的細胞生長中發(fā)揮作用的蛋白網(wǎng)絡(luò)存在關(guān)聯(lián),然而,高血壓與離子通道、轉(zhuǎn)錄因子和代謝酶的蛋白網(wǎng)絡(luò)存在關(guān)聯(lián)。
論文共同通信作者、哈佛醫(yī)學院細胞生物學講師Edward Huttlin說,“利用這種更新的蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò),我們能夠作出更強的預測,這是因為我們具有細胞內(nèi)這些相互作用的更加完整的圖譜。我們能夠從這些數(shù)據(jù)中挑選出可能提示著某些蛋白的疾病易感性的統(tǒng)計學模式,或者可能提示著蛋白功能或定位性質(zhì)的其他統(tǒng)計學模式。”
該研究團隊繼續(xù)擴大BioPlex,目標就是選擇大約10000種不同的誘餌蛋白,這將進一步增加這個網(wǎng)絡(luò)的預測能力。
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