近日由德國(guó)馬克斯•德爾布呂克分子醫(yī)學(xué)中心（Max Delbrück Centrum for Molecular Medicine）的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用功能基因組及蛋白質(zhì)組技術(shù)結(jié)合生物信息學(xué)方法成功構(gòu)建了一個(gè)新型的定向蛋白質(zhì)相互作用圖譜，這對(duì)于解析細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)間相互關(guān)系以及相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制具有極其重要的意義。這一研究成果發(fā)布在9月6日的《科學(xué)信號(hào)》（Science Signaling）雜志上。并作為封面文章推薦。

 
（圖片顯示的是EGFR-ERK/MAPK信號(hào)通路核心蛋白互作網(wǎng)絡(luò)，圖片來源：Science網(wǎng)站）

生命系統(tǒng)復(fù)雜性最重要的特征不僅在于其組成成分的復(fù)雜性，更在于各組成成分之間的關(guān)系，而在所有的這些關(guān)系中，蛋白質(zhì)之間的相互作用在形成幾乎所有生命系統(tǒng)、調(diào)控各種生理/病理進(jìn)程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。近年來科學(xué)家們發(fā)展了許多高通量的實(shí)驗(yàn)方法，并以此發(fā)現(xiàn)、建立了越來越多的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)。但是，現(xiàn)有的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)只能反映蛋白質(zhì)之間存在連接關(guān)系，而真實(shí)生命體系中大部分的蛋白質(zhì)相互作用具有信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄激活/抑制等明顯的信號(hào)流方向性。準(zhǔn)確、高效、大規(guī)模預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)中相互作用的信號(hào)流方向、發(fā)現(xiàn)潛在的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，為眾多領(lǐng)域的生物科學(xué)工作者所期待，但一直是未能破解的世界性難題。

在這篇文章中，研究人員首先分析獲得了來自京都基因與基因組百科全書（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes ，KEGG）的473個(gè)人類全長(zhǎng)開放閱讀框（ORFs），然后利用酵母雙雜交技術(shù)對(duì)這些ORF進(jìn)行了檢測(cè)，從而構(gòu)建了一個(gè)基于Y2H的PPI蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)圖譜，其中包含了2626種相互作用，涉及到1126個(gè)人類蛋白。通過重復(fù)檢測(cè)，研究人員證實(shí)這個(gè)Y2H PPI蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)可幫助篩查出大約10-20%的蛋白質(zhì)互作。

為了獲得更廣泛準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)，研究人員利用來自公共資源的PPI數(shù)據(jù)進(jìn)一步對(duì)Y2H PPI蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了擴(kuò)展?；跇闼刎惾~斯分類算法（naïve Bayesian classifier.）研究人員將來自10組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的蛋白質(zhì)相互作用與Y2H PPI圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析后成功構(gòu)建出了第一個(gè)定向人類蛋白質(zhì)相互作用 (HPPI2)網(wǎng)絡(luò)圖譜，其中涵蓋了6339個(gè)蛋白，32,706種相互作用。

在接下來的研究中，科研人員利用HPPI2數(shù)據(jù)結(jié)合從一項(xiàng)大規(guī)模質(zhì)譜鑒定蛋白質(zhì)組學(xué)研究中獲得時(shí)間分辨（time-resolved）蛋白質(zhì)磷酸化作用數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)代生物學(xué)中被研究得最為深入的表皮生長(zhǎng)因子（EGF）——細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK ）傳導(dǎo)通路進(jìn)行了分析，從而揭示出了這一信號(hào)通路中28個(gè)核心組成元件與定向的直接相關(guān)蛋白及間接蛋白之間的動(dòng)態(tài)信號(hào)傳送網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并從中推測(cè)出了18個(gè)新的EGF/ERK信號(hào)調(diào)控因子。在進(jìn)一步的哺乳動(dòng)物細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中研究人員再次驗(yàn)證了這些結(jié)果。

新研究為科學(xué)家們提供了重要的蛋白定向相互作用數(shù)據(jù)，推動(dòng)更深入地了解細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)及相關(guān)疾病機(jī)制。