蛋白質相互作用研究

王芬，裴會敏，文狄，李靜

（黔南民族師范學院 生物與農學院，貴州都勻 558000）

人類基因組計劃完成之后，蛋白質組學[1]的研究方興未艾，其是探索生物體內所有蛋白質表達模式的科學，對蛋白質相互作用網絡（PPIN）[2]的探索是其中重要領域之一。蛋白質相互作用（PPI）是指互相碰觸或者功能相關的蛋白分子，如在同一條信號通路中的蛋白質可能具有互作關系。蛋白間的互作有多種表現形式，在亞細胞定位、基因座位、表達時相、序列特征、進化過程、表達量等很多方面具有相似或相關的性狀。過去人們研究的重點主要集中在單個蛋白質或少數幾個蛋白質上，限制了從整體上對生物過程的了解。因而，對蛋白質相互作用網絡的研究可以讓人們從總體上對生物過程有系統的了解，意義重大。

1 蛋白質互作網絡研究方法概述

1.1 實驗方法

科研人員在研究PPI時會按照實驗目的和實驗要求采用相應的實驗方案。對已發現的PPI，研究者往往注重的是其互作模式，一般采用驗證性的實驗方案。例如，科研人員欲獲得某個蛋白質在細胞中的互作情況，可以采用酵母雙雜交[3]技術，或是得到與這個蛋白質具有相互作用的蛋白復合物，然后分離復合物并對其成分進行鑒定驗證。目前，用來構建PPI的技術主要有串聯親和純化、質譜分析的親和捕獲[4]、酵母雙雜交、免疫共沉淀、化學交聯[5]、噬菌體展示技術[6]、激酶交互化驗、雙分子熒光互補技術[7]和蛋白質芯片[8]等，這些技術各有優缺點。例如，串聯親和純化技術[9]的優點是既可以減少復合體在細胞內的修飾和結合狀態，也可以減少非特異性蛋白質的結合；缺點是不能高效檢測到較弱或瞬時的互作，且價格昂貴。酵母雙雜交則相反，能捕捉到較弱或瞬時的互作而且性價比高，但準確性不高。免疫共沉淀[10]雖然具有酵母雙雜交的優點，然而特異性卻不高。雙分子熒光互補技術兼具酵母雙雜交和免疫共沉淀的優點，但是不能實時反映蛋白的互作情況。蛋白質芯片技術的通量高，但特異性低。為了對在實驗中得到的數據進行有效分析，利用生物信息學方法來研究PPI勢在必行。

1.2 生物信息學方法

目前，優先結合模型和復制分歧模型[11]、蛋白序列系統發生過程[12]、貝葉斯網絡[13]、蛋白質表達[14]、亞細胞定位[15]、基因組上下文關系[16]、文獻挖掘和歸納總結[17]、同源比對[18]等計算方法主要用來預測PPI。因此，科研人員要根據自己的實驗要求合理選擇相關的技術方法。若PPI在生物過程中發生異常，會引起相關疾病的發生。因此，開發阻止PPI的藥物也是蛋白質相互作用網絡研究的熱點之一。

2 蛋白質互作網絡的應用

2.1 功能預測

目前，已發現蛋白質在功能注釋方面還存在很大空白，濕實驗預測蛋白質的功能耗時耗力。因此，利用生物信息學的方法來預測蛋白質的功能任重而道遠。蛋白質是細胞功能的執行者，幾乎參與細胞的所有生物過程，對蛋白質功能的預測意義重大。（1）在蛋白質相互作用網絡中形成功能模塊的蛋白具有類似功能；（2）與已知功能蛋白具有互作的蛋白具有相似的功能；（3）具有類似進化圖譜的蛋白具有相似的功能。因此，可以通過以上3種方式來預測蛋白質的功能。

2.2 關鍵蛋白預測

在PPIN中，關鍵蛋白質是連接度最大的節點，如果去除關鍵蛋白，整個網絡就會癱瘓。因此，關鍵蛋白在生命活動中具有重要的作用，而關鍵蛋白一般表現為疾病蛋白。因此，研究關鍵蛋白對于開發預防和治療相關疾病的藥物具有重要的意義。

3 蛋白質互作網絡研究面臨的挑戰

蛋白質組學是從整體水平上對生物系統進行研究。系統的理解信號傳導網絡使治療癌癥等疾病成為可能。然而，這在某種程度上依賴于對PPIN的探測。單獨的一個蛋白質或幾個蛋白質在生物體內不能發揮作用，蛋白質都是通過形成網絡或復合體來行使其功能的。因此，研究PPIN面臨的第1個挑戰是獲得純化的蛋白質組數據。現存的PPIN數據庫主要有 STRING、DIP、BioGrid、BIND、HPRD、IntAact、MIPS和MINT等，包含了各個物種的PPIN，但是這些數據大部分都是通過計算方法得到的，準確性不高，這是PPIN面臨的第2個挑戰。第3個挑戰是雖然現存的PPIN數據量非常龐大，但是PPI數據并不完整，有些物種的PPI甚至是空白。完成以上3個挑戰是PPIN未來研究和發展的主要方向。

4 結語

PPIN是從基因組到轉錄組再到蛋白組不可缺少的一環，在生物系統中主要起調控、修飾的作用，是生命活動的體現者。對預測蛋白質的功能、挖掘關鍵蛋白、理解代謝通路具有重要的意義，更可為設計藥物靶標、開發新藥物提供理論依據。