Крупнейшая в мире карта белковых взаимодействий содержит ключи к здоровью и болезням

Чтобы понять, как работают клетки и что идет не так при болезнях, ученым необходима референсная карта взаимодействий — интерактом — между кодируемыми генами белками, которые составляют клетки и выполняют в них основную работу.

Почти десятилетие спустя карта белков человека стала доступна благодаря совместным усилиям более 80 исследователей из США, Канады, Испании, Бельгии, Франции и Израиля. Крупнейшая в своем роде карта Human Reference Interactome (HuRI) описывает 52 569 взаимодействий между 8 275 человеческими белками, как сообщается в исследовании, опубликованном в Nature.

У людей около 20 000 белковых генов, но о функциях большинства кодируемых ими белков известно мало. Эти данные можно получить из информации о взаимодействиях по принципу "виновен по ассоциации": два белка со схожими партнерами по взаимодействию, вероятно, участвуют в сходных биологических процессах.

Карта HuRI уже выявила новые функции для белков, участвующих в запрограммированной гибели клеток, высвобождении клеточного груза и других процессах. Интеграция данных о взаимодействиях белков с тканеспецифической экспрессией генов позволила выявить белковые сети, стоящие за развитием и поддержанием различных тканей, что открывает новые терапевтические мишени для различных генетических заболеваний, включая рак, и потенциально для инфекционных болезней.

Используя HuRI в качестве референса, ученые также смогли увидеть, как вызывающие болезнь варианты белков приводят к перестройке сети взаимодействий, раскрывая молекулярные механизмы этих конкретных расстройств.

Для создания HuRI исследователи совместно экспрессировали в парах почти все человеческие белки в дрожжевых клетках. Когда два белка взаимодействуют, они образуют молекулярный переключатель, усиливающий рост дрожжевой клетки — признак произошедшего взаимодействия.

Команда протестировала все возможные парные комбинации среди 17 500 белков на их способность взаимодействовать друг с другом в трех отдельных версиях дрожжевого анализа, каждый из которых проводился в трех повторностях, что составило ошеломляющие три миллиарда отдельных тестов. Результаты выявили ~53 000 высокодостоверных бинарных взаимодействий между более чем 8 000 белков, которые были проверены другими методами. Большинство взаимодействий никогда ранее не обнаруживались.

Хотя это крупнейшая на сегодняшний день карта такого рода, она остается неполной, представляя лишь от 2% до 11% всех взаимодействий белков человека. Одна из причин, по которой многие взаимодействия были пропущены, вероятно, заключается в том, что дрожжевым клеткам не хватает определенных человеческих молекулярных факторов, необходимых для правильной работы белка.

Несмотря на эти ограничения, HuRI более чем в три раза увеличила количество известных взаимодействий между белками человека и послужит важным ресурсом для научного сообщества. С момента размещения HuRI в открытом онлайн-издателе bioRxiv в апреле 2019 года веб-портал данных посетили уже 15 000 человек.