蛋白质-蛋白质相互作用及其抑制剂研究进展

蛋白质-蛋白质相互作用在细胞活动和生命过程中扮演着非常重要的角色。基因调节、免疫应答、信号转导、细胞组装等等都离不开蛋白质-蛋白质的相互作用。近几年,靶向蛋白质-蛋白质相互作用及其抑制剂研究也逐渐成为研究的热点;但是蛋白质复合物相互作用界面的一些特点和性质,如相互作用界面较大、结合界面较为平坦等,使蛋白质-蛋白质相互作用及其抑制剂研究充满了挑战。本文主要总结了蛋白质-蛋白质相互作用界面的一些性质和特点,分析了界面特性与其抑制剂设计的关系,并讨论了蛋白质-蛋白质相互作用的理论预测方法及其抑制剂的类型和特点,最后又通过实例说明了如何进行蛋白质-蛋白质相互作用抑制剂的设计。     

自组装蛋白质芯片——功能蛋白质组学的新工具

传统的蛋白质芯片制备需要进行繁琐的蛋白质表达与纯化。同时,由于蛋白质活性不稳定,蛋白质芯片不宜长期保存。新一代自组装蛋白质芯片,利用无细胞表达体系和DNA固定技术,能够将蛋白质即时、原位表达并固定在芯片上,有效地解决了传统蛋白质芯片的制备和保存问题。目前自组装蛋白质芯片已初步用于大规模蛋白-蛋白质相互作用的筛选,以及鉴定免疫优势抗原等研究。该文介绍了近年自组装蛋白质芯片技术的进展和应用研究。     

发现靶向蛋白质间相互作用的小分子药物研究进展

蛋白质-蛋白质相互作用在多种细胞功能中具有重要的作用。靶向蛋白质-蛋白质相互作用已经成为新药发现的重要策略,但发现能阻断蛋白质-蛋白质相互作用的小分子药物是一个巨大的挑战。尽管如此,近年来人们还是发现了许多能调控蛋白质-蛋白质相互作用的小分子。该文主要总结了在病毒进入、细胞凋亡通路和神经退行性疾病等方面的蛋白质-蛋白质相互作用小分子抑制剂的研究进展。     

蛋白质相互作用研究的新技术与新方法

目前,蛋白质相互作用已成为蛋白质组学研究的热点. 新方法的建立及对已有技术的改进标志着蛋白质相互作用研究的不断发展和完善．在技术改进方面,本文介绍了弥补酵母双杂交的蛋白定位受限等缺陷的细菌双杂交系统;根据目标蛋白特性设计和修饰TAP标签来满足复合体研究要求的串联亲和纯化技术,以及在双分子荧光互补基础上发展的动态检测多个蛋白质间瞬时、弱相互作用的多分子荧光互补技术．还综述了近两年建立的新方法：与免疫共沉淀相比,寡沉淀技术直接研究具有活性的蛋白质复合体;减量式定量免疫沉淀方法排除了蛋白质复合体中非特异性相互作用的干扰;原位操作的多表位－配基绘图法避免了样品间差异的影响,以及利用多点吸附和交联加固研究弱蛋白质相互作用的固相蛋白质组学方法.     

蛋白质表面氨基酸特性研究进展

分布在蛋白质分子表面的暴露于溶剂的氨基酸所具有的一些特性对蛋白质的折叠和聚合过程、蛋白质-蛋白质相互作用以及蛋白质的功能具有重要影响。本文分析了蛋白质表面氨基酸在疏水性、保守性、静电势及结构方面的一些特性,阐述了近年来国际上利用这些特性对蛋白质-蛋白质相互作用界面进行预测的方法,最后介绍了几款预测蛋白质表面氨基酸的软件。     

蛋白质－DNA相互作用与真核基因转录

结合最近几年对真核转录调节因子和DNA的结构与机能研究,概述了蛋白质-蛋白质及蛋白质-DNA相互作用方式以及介导相互作用的分子结构基础,论述了转录因于之间、转录因子与DNA之间相互作用过程中的协同与拮抗作用、发生机制及其在真核基因转录调节中的普遍性和重要意义.     

FRET技术及其在蛋白质-蛋白质分子相互作用研究中的应用

简要综述了FRET方法在活细胞生理条件下研究蛋白质-蛋白质间相互作用方面的最新进展.蛋白质-蛋白质间相互作用在整个细胞生命过程中占有重要地位,由于细胞内各种组分极其复杂,因此一些传统研究蛋白质-蛋白质间相互作用的方法,例如酵母双杂交、免疫沉淀等可能会丢失某些重要的信息,无法正确地反映在当时活细胞生理条件下蛋白质-蛋白质间相互作用的动态变化过程.荧光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer, FRET）是近来发展的一项新技术,此项技术的应用,为在活细胞生理条件下对蛋白质-蛋白质间相互作用进行实时的动态研究,提供一个非常便利的条件.     

基于关联基因本体论注释的蛋白质相互作用预测

细胞中的生理活动主要是通过蛋白质 - 蛋白质之间的相互作用来调控完成 . 详尽细致的蛋白质 - 蛋白质相互作用网络的解析对于理解细胞中复杂的调控、代谢和信号通路有重要的意义 . 近年来,关于新的蛋白质 - 蛋白质相互作用预测领域进展快速,这里,利用贝叶斯算法结合关联的 GO (Gene Ontology) ,来预测蛋白质的相互作用 . 利用非冗余的蛋白质相互作用数据来观察 GO 对的特性,得到 GO 关联的概率 . 通过阳性的和阴性的标准对照数据证实这个新方法可以很好地区别这两类不同的数据,显示出较好的灵敏度和非常低的假阳性预测率 . 通过与已知的高通量的实验数据比较,这个方法具有灵敏度高、速度快的优点 . 而且,运用这个新方法可以提供一些新的关于细胞内蛋白质之间相互作用的信息,为进一步的实验提供理论依据 .     

计算方法在蛋白质相互作用研究中的应用

计算方法在蛋白质相互作用研究的各个阶段扮演了一个重要的角色。对此,作者将从以下几个方面对计算方法在蛋白质相互作用及相互作用网络研究中的应用做一个概述：蛋白质相互作用数据库及其发展;数据挖掘方法在蛋白质相互作用数据收集和整合中的应用;高通量方法实验结果的验证;根据蛋白质相互作用网络预测和推断未知蛋白质的功能;蛋白质相互作用的预测。     

蛋白质相互作用的生物信息学研究进展

生命过程的分子基础在于生物分子之间的相互作用,其中蛋白质分子之间的相互作用占有极其重要的地位。研究蛋白质相互作用对于理解生命的真谛、探讨致病微生物的致病机理,以及研究新药提高人们的健康水平具有重要的作用。用生物信息学的方法研究蛋白质的相互作用已经取得了许多重要的成果,但也有很多问题还需解决。本文从蛋白质相互作用的数据库、预测方法、可预测蛋白质相互作用的网上服务、蛋白质相互作用网络等几方面,对蛋白质相互作用的生物信息学研究成果及其存在的问题做了概述。     

基于TurboID的植物蛋白邻近标记实验方法

邻近标记作为近些年发展起来的一项检测活细胞内蛋白互作关系和亚细胞结构蛋白组的新型技术,已成功应用于多种动植物体系的研究。该技术通过给诱饵蛋白融合一个具有特定催化连接活性的酶,在酶的催化作用下将小分子底物(如生物素)共价连接到酶邻近的内源蛋白,通过富集和分析被标记的蛋白可获得与诱饵互作的蛋白组。经定向进化产生的生物素连接...     

Robust co-regulation of tyrosine phosphorylation sites on proteins reveals novel protein interactions

Cell signaling networks propagate information from extracellular cues via dynamic modulation of protein-protein interactions in a context-dependent manner. Networks based on receptor tyrosine kinases (RTKs), for example, phosphorylate intracellular proteins in response to extracellular ligands, resulting in dynamic protein-protein interactions that drive phenotypic changes. Most commonly used methods for discovering these protein-protein interactions, however, are optimized for detecting stable, longer-lived complexes, rather than the type of transient interactions that are essential components of dynamic signaling networks such as those mediated by RTKs. Substrate phosphorylation downstream of RTK activation modifies substrate activity and induces phospho-specific binding interactions, resulting in the formation of large transient macromolecular signaling complexes. Since protein complex formation should follow the trajectory of events that drive it, we reasoned that mining phosphoproteomic datasets for highly similar dynamic behavior of measured phosphorylation sites on different proteins could be used to predict novel, transient protein-protein interactions that had not been previously identified. We applied this method to explore signaling events downstream of EGFR stimulation. Our computational analysis of robustly co-regulated phosphorylation sites, based on multiple clustering analysis of quantitative time-resolved mass-spectrometry phosphoproteomic data, not only identified known sitewise-specific recruitment of proteins to EGFR, but also predicted novel, a priori interactions. A particularly intriguing prediction of EGFR interaction with the cytoskeleton-associated protein PDLIM1 was verified within cells using co-immunoprecipitation and in situ proximity ligation assays. Our approach thus offers a new way to discover protein-protein interactions in a dynamic context- and phosphorylation site-specific manner.     

Toward in situ biochemistry: combining chemical kinetics approaches with biomolecular imaging in living cells

Our knowledge of protein-protein interactions comes primarily from experimentation with reconstituted proteins in dilute solutions. However, dilute solutions are poor approximations of the intracellular microenvironment, which contains exquisite and dynamic structure that is impossible to recreate inside test tubes. New approaches are needed that will allow the in situ characterization of protein-protein interactions inside living, intact cells. In this paper, we discuss recent efforts to measure the kinetics of protein binding within complexes inside living cells. While the experimental effort in these studies requires the confluence of techniques ranging from molecular imaging to cell and molecular biology, the experimental design and analysis requires a strong background in chemical kinetics and transport phenomena. Thus, we argue that chemical engineers can play a central role in furthering in situ approaches to cellular analysis. Such efforts may aid significantly in advancing quantitative knowledge of cellular signaling and physiology.     

Landscape of nuclear transport receptor cargo specificity

Nuclear transport receptors (NTRs) recognize localization signals of cargos to facilitate their passage across the central channel of nuclear pore complexes (NPCs). About 30 different NTRs constitute different transport pathways in humans and bind to a multitude of different cargos. The exact cargo spectrum of the majority of NTRs, their specificity and even the extent to which active nucleocytoplasmic transport contributes to protein localization remains understudied because of the transient nature of these interactions and the wide dynamic range of cargo concentrations. To systematically map cargo–NTR relationships in situ, we used proximity ligation coupled to mass spectrometry (BioID). We systematically fused the engineered biotin ligase BirA* to 16 NTRs. We estimate that a considerable fraction of the human proteome is subject to active nuclear transport. We quantified the specificity and redundancy in NTR interactions and identified transport pathways for cargos. We extended the BioID method by the direct identification of biotinylation sites. This approach enabled us to identify interaction interfaces and to discriminate direct versus piggyback transport mechanisms. Data are available via ProteomeXchange with identifier PXD007976.     

邻近标记在蛋白质组学中的发展及应用

人体内各种复杂的生命活动离不开蛋白质之间的相互作用。这种相互作用具有瞬时性和结合力弱等特点,并受到多种动态调节,特别是蛋白质翻译后修饰（post-translation modifications, PTM）。传统的亲和质谱检测方法存在蛋白纯化的局限性,在高效检测到动态变化方面存在不足。邻近标记是一种能够给与靶蛋白质瞬时靠近,或者互作（邻近）的蛋白质加上生物素的技术,它与质谱检测技术的联合使用能检测细胞过程中弱的、瞬时的蛋白质相互作用,有效解决上述问题。本文综述了基于生物素的邻近标记方法的发展现状,从依赖于融合序列的生物素标记开始,依次介绍有关生物素连接酶、过氧化物酶及其进化后的2代标记方法等经典生物素标记的方法和原理,比较各个方法间的差异和优缺点;也列举了一些近年来新出现的标记方法,如将生物素连接酶进行拆分、鉴定蛋白质在不同复合物中功能的方法、抗体靶向的标记方法,以及其他来源的生物素连接酶突变体,例如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的C端氨基酸突变的生物素连接酶,能够应用在苍蝇和蠕虫中的生物素连接酶突变体。本文对这些方法进行归纳总结,旨在为初步接触该领域的科研工作者提供参考,同时也希望能够提供一些新的思路,推动蛋白质相互作用组学的发展。     

蛋白质检测新技术——邻位连接技术及初步应用

邻位连接技术（proximity ligation assay,PLA）,是新研发的一项高灵敏度的蛋白质体外分析技术。该方法利用一对邻位探针（proximity probes）对靶分子进行双识别,通过连接反应产生可扩增的检测信号,以实时 PCR进行放大和检测,将对蛋白质的检测转变成为对DNA的检测,实现痕量蛋白的分析,具有极高的检测灵敏度和特异性。综述了邻位连接技术的原理、研究进展以及该技术在蛋白质分析及疾病诊断领域的初步应用。     

核糖体蛋白rpS6在核仁中的定位与其磷酸化无关

核糖体蛋白S6(rpS6)是核糖体小亚基40S的一个组成成分。在该研究中,利用免疫荧光和邻位连接技术证明rpS6不仅是核糖体小亚基的组成成分,而且还可与核仁中的U3核蛋白复合体的标志性蛋白Mpp10共定位并且存在相互作用。rpS6蛋白的C端有5个丝氨酸磷酸化位点,为了研究rpS6蛋白在核仁中的分布是否与其磷酸化有关,构建了rpS6蛋白的两个突变体rpS6A和rpS6D分别与EGFP和HA的融合蛋白。rpS6A是将C端的5个丝氨酸位点全部突变为丙氨酸;rpS6D是将C端的5个丝氨酸位点全部突变为天冬氨酸。研究表明:rpS6、rpS6A和rpS6D与EGFP和HA的融合蛋白均可分布在核仁中,与内源性rpS6蛋白的分布情况一致,说明rpS6蛋白在核仁中的定位与其磷酸化无关,为探索rpS6蛋白在核仁中的功能奠定了良好的基础。     

邻近标记在蛋白质组学中的发展及应用

人体内各种复杂的生命活动离不开蛋白质之间的相互作用。这种相互作用具有瞬时性和结合力弱等特点,并受到多种动态调节,特别是蛋白质翻译后修饰（post-translation modifications, PTM）。传统的亲和质谱检测方法存在蛋白纯化的局限性,在高效检测到动态变化方面存在不足。邻近标记是一种能够给与靶蛋白质瞬时靠近,或者互作（邻近）的蛋白质加上生物素的技术,它与质谱检测技术的联合使用能检测细胞过程中弱的、瞬时的蛋白质相互作用,有效解决上述问题。本文综述了基于生物素的邻近标记方法的发展现状,从依赖于融合序列的生物素标记开始,依次介绍有关生物素连接酶、过氧化物酶及其进化后的2代标记方法等经典生物素标记的方法和原理,比较各个方法间的差异和优缺点;也列举了一些近年来新出现的标记方法,如将生物素连接酶进行拆分、鉴定蛋白质在不同复合物中功能的方法、抗体靶向的标记方法,以及其他来源的生物素连接酶突变体,例如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的C端氨基酸突变的生物素连接酶,能够应用在苍蝇和蠕虫中的生物素连接酶突变体。本文对这些方法进行归纳总结,旨在为初步接触该领域的科研工作者提供参考,同时也希望能够提供一些新的思路,推动蛋白质相互作用组学的发展。     

DNA-instructed acyl transfer reactions for the synthesis of bioactive peptides

We present a method which allows for the translation of nucleic acid information into the output of molecules that interfere with disease-related protein-protein interactions. The method draws upon a nucleic acid-templated reaction, in which adjacent binding of reactive conjugates triggers the transfer of an aminoacyl or peptidyl group from a donating thioester-linked PNA-peptide hybrid to a peptide-PNA acceptor. We evaluated the influence of conjugate structures on reactivity and sequence specificity. The DNA-triggered peptide synthesis proceeded sequence specifically and showed catalytic turnover in template. The affinity of the formed peptide conjugates for the BIR3 domain of the X-linked inhibitor of apoptosis protein (XIAP) is discussed.