迄今最大規(guī)模人類蛋白互作組誕生

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　　今日，頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了一篇重要論文：一支大型跨國(guó)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)表了人類迄今為止規(guī)模最大的蛋白互作組數(shù)據(jù)，其規(guī)模是先前數(shù)據(jù)的4倍！這份蛋白互作組數(shù)據(jù)包含了約53000種不同的蛋白互作信息，無論是對(duì)理解基礎(chǔ)的生物學(xué)進(jìn)程，還是對(duì)理解疾病的發(fā)生，都有著極為重要的意義。在今天的這篇文章中，學(xué)術(shù)經(jīng)緯團(tuán)隊(duì)也將介紹這項(xiàng)工作。

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?大量研究人員參與了這項(xiàng)工作

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　　什么是“蛋白互作組”？

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　　我們知道，人體由數(shù)十億個(gè)細(xì)胞組成。在每一個(gè)細(xì)胞里，都有無數(shù)的蛋白質(zhì)維持著細(xì)胞最基本的生理功能。在過去的幾十年里，人們對(duì)這些蛋白質(zhì)的認(rèn)知已經(jīng)有了長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步?；蚪M、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)讓我們知道在不同的時(shí)間，不同的細(xì)胞內(nèi)會(huì)產(chǎn)生哪些蛋白質(zhì)。但這充其量只是一份“人口普查表”。對(duì)于這些蛋白質(zhì)如何起作用，我們依然知之甚少。

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　　蛋白互作組在一定程度上能夠回答這些問題。顧名思義，這能提供大量蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)互相作用的數(shù)據(jù)。我們知道了這些蛋白質(zhì)如何起作用，就能更好地理解它們的生理功能。

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?科學(xué)家們分析了約17500個(gè)人類蛋白的相互作用（左圖）。具有類似模式的蛋白被分為不同的組（右圖）（圖片來源：Katja Luck et al。）

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　　“自上世紀(jì)90年代中期起，我們的合作團(tuán)隊(duì)就認(rèn)為蛋白互作組能揭示生命最基礎(chǔ)的特征，”本研究的負(fù)責(zé)人之一，丹娜-法伯癌癥研究所的Marc Vidal教授說道：“我們的研究展現(xiàn)了首個(gè)人類蛋白互作組的參考圖譜（reference map），建立了一個(gè)信息框架，讓我們能更好地理解突變基因如何導(dǎo)致癌癥等疾病。此外，我們也能知道諸如新冠病毒等病毒如何與人類宿主蛋白產(chǎn)生相互作用?！?/p>

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　　十年磨一劍。在來自美國(guó)、加拿大、西班牙、比利時(shí)、法國(guó)、以及以色列的80多名科學(xué)家的共同努力下，這些重要的信息終于誕生了。

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　　蛋白互作組是怎么做的？

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　　要闡明蛋白之間所有的相互作用關(guān)系，并不是一件容易的事情。在這項(xiàng)研究里，科學(xué)家們使用了一種經(jīng)典的方法——酵母雙雜交。根據(jù)最新的理解，人類基因組中一共有大約17500條編碼蛋白質(zhì)的基因?？茖W(xué)家們?cè)诮湍钢袦y(cè)試這些蛋白是否會(huì)兩兩發(fā)生互相作用。如果這兩個(gè)蛋白的確會(huì)互相作用，就會(huì)啟動(dòng)特殊的分子開關(guān)，讓酵母細(xì)胞開始生長(zhǎng)。

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　　所以，科學(xué)家們只要觀察酵母細(xì)胞是否能生長(zhǎng)，就能判斷相應(yīng)的兩個(gè)蛋白是否會(huì)發(fā)生相互作用。

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　　這個(gè)工作量可不小。單是測(cè)試一輪，就有3億（17500乘以17500）多種不同的可能性。而為了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，研究人員們使用了三種不同的酵母體系，且在每一個(gè)體系里，都將這個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)了3遍。這樣一來，他們所做的單獨(dú)測(cè)試多達(dá)約30億個(gè)！

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?本研究的工作量堪稱巨大

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　　從這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中，研究人員們找到了約53000個(gè)比較可信的蛋白互作，涉及到了8000多個(gè)不同的蛋白質(zhì)。值得注意的是，其中大部分都是從未被發(fā)現(xiàn)的新型相互作用。

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　　這項(xiàng)工作有什么意義？

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　　研究人員們指出，對(duì)于大部分人類蛋白，我們還不是很清楚它們的功能。而蛋白相互作用的信息，可以讓我們推測(cè)出關(guān)于蛋白功能的一些信息——如果兩個(gè)不同的蛋白質(zhì)都與類似的蛋白進(jìn)行結(jié)合，那么它們就可能有類似的生物學(xué)功能。

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　　“我們能利用人類蛋白互作組圖譜來預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的功能，”本研究的另一位負(fù)責(zé)人Frederick P Roth教授說道：“人們可以去檢索他們感興趣的蛋白，并根據(jù)與之結(jié)合的其他蛋白，得到一些關(guān)于其功能的線索。”

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　　事實(shí)上，根據(jù)這項(xiàng)工作，研究人員們已經(jīng)產(chǎn)生了不少洞見。譬如他們找到了一些參與程序性細(xì)胞死亡、或是釋放細(xì)胞內(nèi)容物等過程的蛋白。如果這些蛋白出了差錯(cuò)，就有可能導(dǎo)致疾病。

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該研究找到了一些組織特異的蛋白網(wǎng)絡(luò)

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　　更有意思的是，如果將蛋白互作組數(shù)據(jù)和組織特異的基因表達(dá)數(shù)據(jù)聯(lián)合起來看，還能發(fā)現(xiàn)在不同組織的發(fā)育和維持過程中，所需要的蛋白網(wǎng)絡(luò)。我們也可以知道那些發(fā)生突變的蛋白會(huì)如何影響其作用的網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致疾病。在這些網(wǎng)絡(luò)里，我們還可以找到不少治療疾病的潛在靶點(diǎn)。

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　　后記

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　　正如研究人員們所言，這項(xiàng)工作填補(bǔ)了目前存在的一些空缺，將表型與基因組/蛋白組更好地連接在了一起?；蛟S是由于酵母與人類所存在的差異，研究人員們?cè)u(píng)估，該工作可能只覆蓋了2%-11%的人類蛋白互作組。但即便如此，目前的成果也已足夠有用，并已吸引了超過15000人使用。將來，科學(xué)家們將使用新型技術(shù)，進(jìn)一步擴(kuò)大該數(shù)據(jù)庫的覆蓋面，以求為科學(xué)研究提供寶貴的數(shù)據(jù)。


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