根據(jù)5月17日在線發(fā)表在“自然”雜志上的一項(xiàng)新研究，哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員已經(jīng)繪制了超過(guò)5,800個(gè)基因編碼的蛋白質(zhì)的相互作用伙伴，這些基因占人類基因組的四分之一以上。

這個(gè)名為BioPlex 2.0的網(wǎng)絡(luò)確定了56,000多種獨(dú)特的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用 - 其中87%以前是未知的 - 迄今為止最大的此類網(wǎng)絡(luò)。

BioPlex揭示了與基礎(chǔ)細(xì)胞過(guò)程和疾病(如高血壓和癌癥)相關(guān)的蛋白質(zhì)群落，并突出了了解人類生物學(xué)和疾病的新機(jī)會(huì)。這項(xiàng)工作是與Biogen合作完成的，Biogen還為該研究提供了部分資金。

“一個(gè)基因不僅僅是一段DNA的序列。一個(gè)基因也是它編碼的蛋白質(zhì)，在我們理解蛋白質(zhì)組之前我們永遠(yuǎn)不會(huì)理解基因組，”共同資深作者Wade Harper，伯特和娜塔莉說(shuō)。 Vallee分子病理學(xué)教授，哈佛醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)系主任。“BioPlex提供了一個(gè)框架，其中包含了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)所需的深度和廣度的數(shù)據(jù)。”

“這個(gè)項(xiàng)目是人類蛋白質(zhì)相互作用的地圖集，涵蓋了生物學(xué)的幾乎所有方面，”聯(lián)合資深作者Steven Gygi說(shuō)，他是細(xì)胞生物學(xué)教授，哈佛醫(yī)學(xué)院Thermo Fisher多重蛋白質(zhì)組學(xué)中心主任。“它為每種蛋白質(zhì)創(chuàng)造了一個(gè)社交網(wǎng)絡(luò)，使我們不僅可以看到蛋白質(zhì)如何相互作用，還可以看到以前未知蛋白質(zhì)的可能功能。”

誘餌和獵物

在人類基因組中大約20,000個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因中，科學(xué)家們只研究了一小部分細(xì)節(jié)。為了描述細(xì)胞中蛋白質(zhì)的完整組合以及它們之間的相互作用 - 分別稱為蛋白質(zhì)組和相互作用組 - 由Harper和Gygi領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了BioPlex，這是一種用于鑒定蛋白質(zhì)相互作用的高通量方法。

BioPlex使用所謂的親和純化，其中在實(shí)驗(yàn)室中在人細(xì)胞中表達(dá)單個(gè)標(biāo)記的“誘餌”蛋白。誘餌蛋白與其相互作用配偶或“獵物”蛋白結(jié)合，然后將其從細(xì)胞中捕獲并使用質(zhì)譜法進(jìn)行分析，質(zhì)譜法是一種基于其獨(dú)特分子特征識(shí)別和定量蛋白質(zhì)的技術(shù)。2015年，最初的努力(BioPlex 1.0)使用了大約2,600種不同的誘餌蛋白，這些蛋白來(lái)自人類ORFeome數(shù)據(jù)庫(kù)，用于鑒定近24,000種蛋白質(zhì)相互作用。

在目前的研究中，該團(tuán)隊(duì)擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)，包括總共5,891個(gè)誘餌蛋白，其中顯示56,553個(gè)相互作用，涉及10,961種不同的蛋白質(zhì)。估計(jì)有87%的這些相互作用以前沒(méi)有報(bào)道過(guò)。

通過(guò)協(xié)會(huì)內(nèi)疚

為了映射這些相互作用，BioPlex 2.0可識(shí)別功能相關(guān)蛋白質(zhì)組，這些蛋白質(zhì)傾向于聚集成緊密互連的群落。這種“通過(guò)關(guān)聯(lián)作用”分析表明以前未知的蛋白質(zhì)可能發(fā)揮作用，因?yàn)檫@些社區(qū)經(jīng)常將具有已知和未知功能的蛋白質(zhì)混合在一起。

該團(tuán)隊(duì)繪制了許多與基本細(xì)胞過(guò)程相關(guān)的蛋白質(zhì)簇，如DNA轉(zhuǎn)錄和能量產(chǎn)生，以及各種人類疾病。例如，結(jié)腸直腸癌似乎與在異常細(xì)胞生長(zhǎng)中起作用的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)，而高血壓與離子通道，轉(zhuǎn)錄因子和代謝酶的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。

“隨著網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)，我們可以做出更有力的預(yù)測(cè)，因?yàn)槲覀兛梢愿暾亓私饧?xì)胞內(nèi)的相互作用，”第一作者，哈佛醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)講師Edward Huttlin說(shuō)。“我們可以在數(shù)據(jù)中找出可能暗示某些蛋白質(zhì)或其他可能表明功能或定位特性的疾病易感性的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)模式。它使人體蛋白質(zhì)組的很大一部分可用于研究。”

發(fā)射點(diǎn)

整個(gè)BioPlex網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)數(shù)據(jù)是公開(kāi)的，支持蛋白質(zhì)相互作用的大規(guī)模研究和特定蛋白質(zhì)功能的靶向研究。

雖然該網(wǎng)絡(luò)是迄今為止收集的此類數(shù)據(jù)的最大集合，但作者警告說(shuō)，它仍然是一個(gè)不完整的模型。目前的管道僅在例如一組條件下生長(zhǎng)的一種細(xì)胞類型(人胚胎腎細(xì)胞)中表達(dá)誘餌蛋白，并且不同的細(xì)胞類型或微環(huán)境中可能發(fā)生不同的相互作用。

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和更多人類蛋白質(zhì)被用作誘餌，科學(xué)家們可以通過(guò)考慮其在更大網(wǎng)絡(luò)中的背景來(lái)更好地判斷每種蛋白質(zhì)相互作用的準(zhǔn)確性。每次使用不同的成員作為誘餌分離相同的蛋白質(zhì)復(fù)合物可以提供多個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)觀察以確認(rèn)每個(gè)蛋白質(zhì)的成員。此外，通過(guò)使用獵物蛋白作為誘餌，也可以在相反方向上觀察到許多蛋白質(zhì)相互作用。這兩種情況都極大地降低了由于偶然性而識(shí)別特定交互的可能性。該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)增加BioPlex，其目標(biāo)是大約10,000個(gè)誘餌蛋白，其覆蓋人類基因組的一半并將進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)能力。

“我們當(dāng)然沒(méi)有看到所有的相互作用，但它是一個(gè)起點(diǎn)。我們認(rèn)為繼續(xù)構(gòu)建這個(gè)地圖，看看在不同條件下其他細(xì)胞類型中有多少被復(fù)制，以確定相互作用是否很重要類似或動(dòng)態(tài)，“Gygi說(shuō)。“因?yàn)槟闶欠駥?duì)癌癥或神經(jīng)退行性疾病，基礎(chǔ)發(fā)育或進(jìn)化適應(yīng)性感興趣 - 你可以提出新的假設(shè)并從這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中學(xué)到一些東西。”