蛋白质相互作用及互作网络的生物信息学分析
谢 超， 郜 尽， 袁运生 综述 俞 雁 审校
【摘 要】摘 要: 后基因组时代的最终目标是认识真正执行生命活动的全部蛋白质的表达规律和生物学功能，即蛋白质组学研究。关键的挑战之一就是对蛋白质相互作用网络的研究，将有助于从系统角度加深对细胞结构和功能的认识，并且为新药靶位点的发现和药物设计提供理论基础。目前,用生物信息学的手段来研究蛋白质相互作用网络显示出巨大的优势，主要包括蛋白质相互作用网络的绘制与显示、网络的拓扑结构分析、网络结构模块的研究及网络的比对等。文章试图从生物信息学的角度认识蛋白质相互作用，并总结蛋白质相互作用网络的生物信息学分析方法。
【期刊名称】上海交通大学学报（医学版） 【年(卷),期】2009(029)004 【总页数】5
【关键词】关键词: 蛋白质相互作用； 蛋白质相互作用网络； 生物信息学 当人类基因组计划完成时，人类对生命世界的理性认识达到了前所未有的深度与广度，然而人们也清楚地认识到一项更为艰巨的任务即蛋白质组学的研究已经摆到面前。蛋白质组学是研究细胞内所有蛋白质及其动态变化规律的科学，其目标是为了阐明生物体全部蛋白质表达和功能模式。蛋白质组学研究热点之一是蛋白质相互作用，主要包括揭示蛋白质之间相互作用，建立蛋白质相互作用关系的网络图并且对网络进行生物信息学分析。在某种程度上可以说，细胞进行生命活动是蛋白质在一定条件下相互作用的结果，若蛋白质相互作用网络被破坏或稳定性丢失，会引起细胞的功能性障碍。
随着蛋白质相互作用实验技术平台的发展，积累了大量蛋白质相互作用的实验数据，如何分析和处理这些数据成为关键。我们已经获得若干模式生物的蛋白质相互作用网络，而生物信息学的发展又极大促进了以蛋白质组学支撑的技术平台的开发，便于更深层次地挖掘蛋白质相互作用网络中的特性。研究蛋白质相互作用的最终目标就是建立模式生物中全部蛋白质相互作用的网络，阐明蛋白质相互作用的完整网络结构。在某种程度上可以说，蛋白质相互作用网络是功能基因组学、蛋白质组学和系统生物学的桥梁。目前，已有蛋白质相互作用应用于实践的报道，如Archakov等[1]已经将蛋白质相互作用应用于药物开发。
1 蛋白质相互作用
1.1 蛋白质相互作用的研究进展 蛋白质相互作用是指蛋白质在其生命周期中相互接触(或短暂接触后分离)后形成特异的复合体共同起作用，也就是说相互作用的蛋白质参与同一个代谢途径或生物学过程。蛋白质相互作用可以分为物理相互作用和功能意义相互作用。
目前，若干模式生物如酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、果蝇(Drosophila melanogaster)和线虫(Caenorhabditi selegans)的大规模蛋白质相互作用的网络相继构建成功，并且有人类蛋白质相互作用网络的报道。 Uetz等[2]用阵列法研究了大约6 000个酵母转化株的开放阅读框(open reading frame, ORF)，由于存在许多自激活现象，最终得到了87个蛋白质之间的281对蛋白质相互作用。同时还将酵母的5 341个 ORF作为诱饵和6 000个ORF作为猎物，最终得到817个蛋白质之间的691对相互作用，其中88对相互作用是已经报道过的。Ito等[3]构建了含酵母约92%ORF的诱饵载体和猎物载体，分别形成诱饵载体亚库和猎物载体亚库(各60个亚库)，初次筛
选进行430次亚库交配后发现175对蛋白质相互作用，其中有163对是新发现的蛋白质相互作用；随后将所构建的全部亚库检测相互作用，共检测到3 278个蛋白质的4 549对相互作用。但是实验结果与Uetz等[2]获得实验数据重叠的很少。Ho等[4]用高通量蛋白复合物质谱鉴定技术(high-throughput mass spectrometric protein complex identification, HMS-PCI)获得3 617对蛋白质相互作用，并且该方法的假阳性率低于通过酵母双杂交(yeast two-hybrid，Y2H)技术所获得的数据。Giot等[5]通过Y2H法对果蝇cDNA文库进行筛选，获得7 048个蛋白质的20 405对相互作用，并且通过严格的计算方法限制后获得一个置信度较高的蛋白质相互作用网络，其中包括4 679个蛋白质和4 789对相互作用。Li等[6]采用Y2H技术对线虫的蛋白质相互作用进行研究，得到4 027对蛋白质相互作用。随后Li等[6]选取Y2H方法筛选所得到的部分相互作用进行亲和纯化法验证，并且进行更深入的分析。
在模式生物研究基础上发现，几乎所有的蛋白质都会与其他蛋白质结合，这种现象出现在高等哺乳动物中的频率又高于低等动物。Stelzl等[7]首次采用Y2H法大规模研究人类蛋白质相互作用，研究用4 456个诱饵载体和5 632个猎物载体进行矩阵交配试验，鉴定阳性克隆后从1 705种蛋白质中发现3 186对蛋白质相互作用，第一次构建了较为全面的人类蛋白质相互作用网络；并且采用了免疫共沉淀(co-immunoprecipitation，Co-IP)法验证了Y2H的可靠性。Rual等[8]也使用酵母双杂交法对人的8 100个OFR进行研究，将诱饵载体编号分配形成45个亚库，每个诱饵亚库进行交配，发现存在2 800对相互作用；随后也采用了亲和纯化实验验证部分酵母双杂交实验结果，进一步评估所得相互作用真实性。Parrish等[9]用Y2H技术发现并且构建了一个由770个蛋白质
蛋白质相互作用及互作网络的生物信息学分析
