Карта белковых взаимодействий для четверти человеческого генома
Исследователи из Гарвардской медицинской школы составили карту партнеров по взаимодействию для белков, кодируемых более чем 5800 генами, что составляет более четверти человеческого генома. Результаты опубликованы онлайн в журнале Nature 17 мая.
Сеть, названная BioPlex 2.0, выявляет более 56 000 уникальных белок-белковых взаимодействий — 87% из них ранее не были известны. Это крупнейшая на сегодняшний день подобная сеть.
BioPlex раскрывает белковые сообщества, связанные с фундаментальными клеточными процессами и заболеваниями, такими как гипертония и рак, и указывает на новые возможности для понимания биологии и болезней человека.
Работа выполнена в сотрудничестве с компанией Biogen, которая также частично финансировала исследование.
Метод «приманки и добычи»
Для описания всего набора белков в клетке и их взаимодействий (протеома и интерактома) команда разработала BioPlex — высокопроизводительный подход для идентификации белковых взаимодействий.
BioPlex использует аффинную очистку, при которой один меченый белок-«приманка» экспрессируется в человеческих клетках в лаборатории. Белок-приманка связывается со своими партнерами по взаимодействию, или белками-«добычей», которые затем извлекаются из клетки и анализируются с помощью масс-спектрометрии.
В 2015 году первая версия (BioPlex 1.0) использовала около 2600 различных белков-приманок и выявила почти 24 000 взаимодействий.
В текущем исследовании сеть расширена до 5891 белка-приманки, что позволило выявить 56 553 взаимодействия с участием 10 961 различного белка. Оценочно 87% этих взаимодействий ранее не описывались.
Виновен по ассоциации
Сопоставляя эти взаимодействия, BioPlex 2.0 идентифицирует группы функционально связанных белков, которые имеют тенденцию образовывать тесно связанные сообщества. Такой анализ «виновен по ассоциации» позволил предположить возможные роли для ранее неизвестных белков.
Команда нанесла на карту многочисленные белковые кластеры, связанные с базовыми клеточными процессами (транскрипция ДНК, производство энергии) и различными заболеваниями человека. Например, колоректальный рак, по-видимому, связан с белковыми сетями, играющими роль в аномальном росте клеток, а гипертония — с сетями для ионных каналов, транскрипционных факторов и метаболических ферментов.
Стартовая точка
Вся сеть BioPlex и сопутствующие данные находятся в открытом доступе, поддерживая как крупномасштабные исследования белковых взаимодействий, так и целевые исследования функций конкретных белков.
Авторы отмечают, что сеть остается неполной моделью. Текущий подход экспрессирует белки-приманки только в одном типе клеток (эмбриональные клетки почки человека) в одном наборе условий. Различные взаимодействия могут происходить в других типах клеток или микроокружениях.
По мере роста сети и использования большего количества человеческих белков в качестве приманок, ученые смогут лучше оценивать достоверность каждого отдельного взаимодействия, рассматривая его контекст в более крупной сети.
Команда продолжает пополнять BioPlex с целевым показателем около 10 000 белков-приманок, что покроет половину человеческого генома и еще больше увеличит предсказательную силу сети.