撰文：存在一棵樹

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通過15650次免疫沉淀構(gòu)建了兩個蛋白質(zhì)組規(guī)模的細胞系特異性相互作用網(wǎng)絡(luò),，該網(wǎng)絡(luò)對相互作用組進行建模，通過相互作用組的結(jié)構(gòu)編碼蛋白質(zhì)功能,、定位以及復(fù)雜成員關(guān)系,，跨細胞系的比較驗證了數(shù)千種相互作用，并揭示了大量未表征蛋白的生物學(xué)背景,。

2021年5月6日,，美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Steven P. Gygi與J. Wade Harper團隊在《Cell》上發(fā)表了一篇名為“Dual proteome-scale networks reveal cell-specific remodeling of the human interactome”的文章。通過對兩種不同細胞類型之間大規(guī)模的蛋白質(zhì)相互作用組的比較分析揭開了蛋白質(zhì)組的功能網(wǎng)絡(luò)的變化特征,。

該研究團隊在已有的AP-MS平臺,，用于在培養(yǎng)細胞中慢病毒表達后識別親和標記誘餌蛋白的結(jié)合伙伴，已在HEK293T細胞中分析了數(shù)千種蛋白質(zhì)的相互作用,，產(chǎn)生了相互作用網(wǎng)絡(luò)BioPlex 1.0和2.0,，其揭示了數(shù)以萬計的相互作用,，并定義了相互作用基因組的結(jié)構(gòu)和功能組織，為數(shù)千種未表征的蛋白質(zhì)提供了生物學(xué)背景,。但BioPlex無法完整地建模相互作用組,，首先是因為僅對一小部分人類蛋白質(zhì)進行了分析，其次在于盡管相互作用組是動態(tài)的,，但研究團隊僅在單個環(huán)境中分析了相互作用,。

為進一步擴大覆蓋范圍，研究團隊采取了兩方合作的方式,。如圖1所示，即在HEK293T細胞擴大蛋白質(zhì)涵蓋率：針對10％的人類蛋白質(zhì)進行了10,128個免疫沉淀,，涵蓋了70％的已知蛋白質(zhì)組,；同時在第二個細胞系HCT116中重復(fù)以上的免疫沉淀，已完成5,522項,，創(chuàng)建了第二個網(wǎng)絡(luò),；最后將BioPlex 293T和HCT116網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)在一起，顯著增加了對人類蛋白相互作用的知識,。這兩個網(wǎng)絡(luò)均包含相似的蛋白質(zhì),，共有67％的蛋白質(zhì)共享，去除未在HCT116細胞中重復(fù)的免疫沉淀（IP）之后,，其余相互作用之間存在約50％的重疊,。

為了獲得結(jié)構(gòu)背景，研究團隊將BioPlex邊緣映射到蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(PDB)中提取的復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)上,，每個結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為一個相互作用網(wǎng)絡(luò),，在兩種細胞系中幾乎檢測到所有可觀察到的相互作用。通常核心復(fù)合物中的相互作用是一致的,，所以研究團隊在兩個細胞系中尋找共同相關(guān)的其他復(fù)雜成員核心蛋白復(fù)合物,，并發(fā)現(xiàn)未表征的蛋白質(zhì)C11orf49與TTLL1聚谷氨酰胺酶復(fù)合物相關(guān)，而其功能的未來研究可能會利于對尚未清楚的翻譯后修飾的細胞功能和調(diào)控的關(guān)鍵見解,。

復(fù)合物,、通路和蛋白質(zhì)家族之間的相互作用根據(jù)細胞表型而共同變化，而這種共同變化是通過定制每個細胞的蛋白型,、微調(diào)蛋白表達,、定位、翻譯后修飾和相互作用來實現(xiàn)的,。因此,，定義相互作用組的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)是理解細胞多樣性的必要條件。如圖2所示,，研究人員使用了MCL聚類發(fā)現(xiàn)組合網(wǎng)絡(luò)中的蛋白質(zhì)群落,，并定義了一個網(wǎng)絡(luò),，蛋白質(zhì)群落在該網(wǎng)絡(luò)中更完整地模擬了相互作用，沒有偏見地合并了特征和未特征的蛋白質(zhì)和復(fù)合物,，顯示出了廣泛的重組,。

為了理解匹配域關(guān)聯(lián)的相互作用如何共變，研究人員將PFAM域映射到我們的組合網(wǎng)絡(luò)中,，并識別出成員相互作用特別頻繁的域?qū)?，并提取每個域?qū)χg的相互作用，算其在兩個細胞系中的重疊部分,。如圖3所示,，盡管相互作用各不相同，平均有40%的重疊,，但大多數(shù)關(guān)聯(lián)(88%)在兩種細胞系中都發(fā)現(xiàn),，表明這些相互作用基序超越了細胞類型，且盡管大多數(shù)域關(guān)聯(lián)都出現(xiàn)在兩種細胞系中,，但潛在的相互作用通常會顯示出明顯的差異,。

本研究利用生物學(xué)功能組織相互作用組的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)，在參與特定過程的蛋白質(zhì)優(yōu)先相互作用并共同形成特定于上下文的網(wǎng)絡(luò),，但研究人員尚未考慮相互作用蛋白對之間的特定功能關(guān)系,。因此在一項最終分析中，研究人員探索蛋白質(zhì)的相對適應(yīng)性效應(yīng)如何與細胞系之間的相互作用復(fù)制相關(guān),。如圖4所示,，研究人員將BioPlex網(wǎng)絡(luò)與通過Project Achilles在數(shù)百個癌細胞系中測得的全基因組CRISPR共同本質(zhì)特征相結(jié)合，并將兩個BioPlex網(wǎng)絡(luò)中每個相互作用的蛋白對的適應(yīng)度譜關(guān)聯(lián)起來,，提取與正相關(guān)性或負相關(guān)性相互作用對應(yīng)的子網(wǎng),。發(fā)現(xiàn)負相關(guān)邊緣的細胞特異性與適合度輪廓可用的邊緣的背景分布相匹配，而正相關(guān)邊緣因共享邊緣而豐富,，反映了一個關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)差異：正相關(guān)網(wǎng)絡(luò)包含大量的復(fù)合物,，而負相關(guān)網(wǎng)絡(luò)不包含任何復(fù)合物。

綜上所述,，該研究提供了一個新穎的,、高覆蓋率、超大規(guī)模的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)圖譜,，這項工作為更廣泛地探究相互作用基因組奠定了基礎(chǔ),。且隨著剩下的人類基因克隆的出現(xiàn)，該研究網(wǎng)絡(luò)將不斷發(fā)展壯大,，以涵蓋所有適合的蛋白質(zhì),；其次，由于大規(guī)模AP-MS已被證明在多種細胞系中既可行又具有信息性,，因此合并其他細胞系將揭示跨多種細胞環(huán)境的相互作用,，使人們可以對許多未經(jīng)鑒定的蛋白質(zhì)進行生物學(xué)研究,；另外， BioPlex網(wǎng)絡(luò)是強大的預(yù)測工具,，可以與補充數(shù)據(jù)集一起使用,。

教授介紹

StevenGygi，博士,，在獲得Utah大學(xué)藥理學(xué)和毒理學(xué)博士學(xué)位后,，于1996年繼續(xù)在華盛頓大學(xué)（University of Washington）從事Ruedi Aebersold的博士后工作，其研究開始了生物質(zhì)譜革命,，使其可以測量蛋白質(zhì)的表達水平,，從而誕生了一個新的領(lǐng)域，蛋白質(zhì)組學(xué),；2000年,，Gygi博士移居哈佛醫(yī)學(xué)院，并加入了細胞生物學(xué)系,；目前他是兩個MS核心設(shè)施（塔普林生物MS設(shè)施和賽默飛世爾蛋白質(zhì)組學(xué)復(fù)合中心TCMP @ HMS）的教職主任?，F(xiàn)其研究以基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)為中心,，包括許多蛋白質(zhì)特性的系統(tǒng)化和蛋白質(zhì)組范圍的測量,，比如它們的表達水平、修飾狀態(tài),、結(jié)構(gòu),、定位、功能和相互作用,。

參考文獻

1,、Huttlin, Edward L etal. “Dual proteome-scale networks reveal cell-specific remodeling of the humaninteractome.” Cell, S0092-8674(21)00446-3. 30 Apr. 2021