类蛋白质互作网络hub蛋白与其结构域关联分析

hub蛋白质作为参与较多互作的"中心蛋白".在实现蛋白质功能和生命活动中发挥着关键作用.而结构域作为蛋白质上的基本功能区域,决定着蛋白质功能及蛋白质互作的情况.互作网络中hub蛋白质和结构域对于蛋白质功能的实现均起到决定性的作用.对蛋白质互作与结构域的关系分析表明.蛋白质互作与结构域之间存在着密切的联系.对人类蛋白质互作网络中的hub蛋白与结构域进行关联分析.探讨hub蛋白及其互作partner与结构域数目之间的关系,并通过hub蛋白质之间的互作对相应结构域的关系进行进一步的论证.     

人类蛋白质结构互作网络——结构域对网络拓扑与蛋白质功能的影响

高通量的蛋白质互作数据与结构域互作数据的出现,使得在蛋白质组学领域内研究人类蛋白质结构互作网络,进一步揭示蛋白质结构与功能间的潜在关系成为可能.蛋白质上广泛分布的结构域被认为是蛋白质结构、功能以及进化的基本功能单元.然而,结合蛋白质的结构信息(例如蛋白质结构域数目、长度和覆盖率等)来研究这些表象后的内部机制仍然面临着挑战.将蛋白质分为单结构域蛋白质与多结构域蛋白质,并进一步结合蛋白质互作信息与结构域互作信息构建了人类蛋白质结构互作网络;通过与人类蛋白质互作网络进行比较,研究了人类蛋白质结构互作网络的特殊结构特征;对于单结构域蛋白质与多结构域蛋白质,分别进行了功能富集分析、功能离散度分析以及功能一致性分析等.结果发现,将结构域互作信息综合考虑进来后,人类蛋白质结构互作网络可以提供更多的单纯的蛋白质互作网络无法提供的细节信息,揭示蛋白质互作网络的复杂性.     

人类蛋白质相互作用组

高通量酵母双杂交与免疫亲和纯化技术的快速发展和日臻成熟,使得在蛋白质组水平上大规模地研究蛋白质之间的相互作用成为可能。目前,人类蛋白质互作网络在细胞、组织、器官乃至整个个体水平的研究已经陆续展开。蛋白质互作网络中蛋白质数量也由少数几个向整个蛋白质组扩展。同时,功能、疾病、生态等相关的蛋白质互作网络研究也取得了一定的成果。然而,人类的蛋白质互作网络研究正面临着一些问题和挑战。本文综述了人类蛋白质互作网络的研究方法、研究进展以及面临的挑战,同时指出了人类蛋白质互作网络研究的方向和目标。     

基于网络特征的药物靶蛋白识别

蛋白质很少孤立得发挥作用,往往通过网络中彼此互作来共同行使功能.因此分析药物靶蛋白在生物学网络中的性质将十分有助于从信息学角度理解药物的作用机制.但目前尚无研究对药物靶蛋白在人类蛋白质互作网络中的拓扑特性给与具体的分析和描述.本文首先将药物靶蛋白映射到人类蛋白质互作网络中,进而分析了药物作用靶蛋白在互作网络中的5种拓扑指标,并与互作网络中全蛋白质组集合及非药物靶点集合的拓扑指标进行了对比.结果显示,药物靶蛋白之间具有更高的连通性,信息能够得到更快得传递.基于这些拓扑特征,将互作网络中的所有蛋白进行排序.发现排序在前100位的蛋白中有48个是Drugbank中记录的药物靶点,另外的52个蛋白中有9个蛋白已在TTD,Matador等数据库中被记录为药物靶点,还有部分蛋白通过文献检索被证实为药物靶点.     

互作蛋白质与复合物亚基的基因表达相关性比较分析

利用在多种应激条件下酵母的基因表达谱数据 ,分别计算互作蛋白质及复合物亚基编码基因的表达相关性。结果发现 ,相对于随机对照组 ,互作蛋白质的编码基因与蛋白质复合物的编码基因表达相关性均显著 (P <0 .0 1) ,即互作蛋白质及复合物亚基有共表达的倾向。通过比较 ,进一步发现蛋白质复合物亚基的基因表达相关性显著高于互作蛋白质的基因表达相关性 (P <0 .0 1) ,这与复合物亚基之间功能联系强于定义不甚确切的互作蛋白之间功能联系现象吻合。     

绿竹SEP3-like蛋白表达纯化以及不同结构域互作研究

在双子叶植物中,SEPALLATA3(SEP3)参与生殖生长的很多方面,包括花分生组织和花器官的形成。但是在单子叶植物中,花器官形成的分子机制还不清楚。为了揭示单子叶植物中SEP3蛋白的结构以及聚合体的形成与生物学功能的关系,以单子叶植物绿竹Bambusa oldhami为材料,构建绿竹SEP3(BoSEP3)蛋白不同结构域原核表达载体,在大肠杆菌中进行重组蛋白诱导表达,获得不同结构域的可溶蛋白,通过镍柱及分子筛分离纯化表明,BoSEP3蛋白K结构域以四聚体形式存在;同时构建BoSEP3蛋白不同结构域的酵母表达载体,通过酵母双杂交系统检验BoSEP3蛋白同源互作表明,K结构域有参与形成多聚体的功能。实验提供了一套表达纯化BoSEP3蛋白以及检验蛋白质互作的有效方案,为开展BoSEP3蛋白功能和结构生物学研究奠定了基础。     

根据基因表达谱筛选间接互作蛋白质进行蛋白质功能预测

利用基因表达谱数据,通过计算互作蛋白质的表达相关系数,来筛选、优化蛋白质互作网络。结果显示,利用经过筛选的互作数据,根据邻居计数法和卡方法进行功能预测的预测效果明显提高,距离待测蛋白质较远的邻居也包含着与待测蛋白质功能一致的信息。     

致心律失常性右心室心肌病致病蛋白的挖掘

目的:鉴定疾病蛋白对深入理解致心律失常性右心室心肌病(ARVC)致病机制至关重要。可以采用计算生物学的方法,在ARVC疾病相关网络中挖掘新的潜在的致病蛋白。方法:本文整合HPRD和BioGRID的蛋白质互作数据,获得了较为全面且真实可靠的蛋白质互作数据;通过结合文本挖掘和统计学检验筛选出ARVC种子蛋白,应用最近邻居扩增的方法,构建ARVC蛋白质互作网络(PPIN),并采用PRINCESS法则对网络中每对互作蛋白加权;最后,基于ARVC关联得分策略对网络中的每个蛋白质打分并排秩。结果:分析发现排秩前50的候选蛋白大都与ARVC关系密切,如PRKCA,CDH1,SMAD4,SMAD2,CDH5,CTNNA1,DSC1等在调节心肌收缩、细胞程序性死亡、心脏的发育过程及维持桥粒的完整性方面起重要作用。结论:我们提出的方法为鉴定与ARVC致病机制相关的新致病蛋白提供了有效的途径。     

生物信息学分析人类病毒互作广谱蛋白的特征

了解病毒与人类蛋白的相互作用对于理解病毒感染宿主机制非常重要，已有研究主要集中在病毒如何进入宿主细胞、复制、扩散和致病等方向上，对病毒与人类蛋白的相互作用模式缺乏系统研究。本研究中我们构建了迄今为止最全面的病毒与人类之间的蛋白相互作用网络，涵盖来自218种病毒的1 674种蛋白与来自人类的13 724种蛋白的108 832对蛋白相互作用；在此基础上鉴定出109个至少与12种病毒家族存在蛋白相互作用的人类蛋白，定义为人类的病毒互作广谱蛋白（简称广谱蛋白）；从结构、功能、蛋白互作网络以及组织表达量等四个方面系统地分析了广谱蛋白的特征，发现广谱蛋白相较于非广谱蛋白以及其它人类蛋白具有更密集的转角结构、更多的结构域、更高的网络中心度和组织表达量，表明它们可能在病毒感染宿主过程中起着重要作用。本研究有助于加深我们对于病毒感染人类模式的理解，同时也对进一步探究病毒与疾病之间的关联有一定的帮助。     

结合蛋白质互作与基因表达谱信息大范围预测蛋白质的精细功能

GESTs(gene expression similarity and taxonomy similarity)是结合基因表达相似性和基因功能分类体系Gene Ontology (GO)中的功能概念相似性测度进行功能预测的新方法. 将此预测算法推广应用于蛋白质互相作用数据, 并提出了几种在蛋白质互作网络中为功能待测蛋白质筛选邻居的方法. 与已有的其它蛋白质功能预测方法不同, 新方法在学习过程中自动地从功能分类体系中的各个功能类中选择最合适的尽可能具体细致的功能类, 利用注释于其相近功能类中的互作邻居蛋白质支持对此具体功能类的预测. 使用MIPS提供的酵母蛋白质互作信息与一套基因表达谱数据, 利用特别针对GO体系结构层次特点设计的3种测度, 评价对GO知识体系中的生物过程分支进行蛋白质功能预测的效果. 结果显示, 利用文中的方法, 可以大范围预测蛋白质的精细功能. 此外, 还利用此方法对2004年底Gene Ontology上未知功能的蛋白质进行预测, 其中部分预测结果在2006年4月发布的SGD注释数据中已经得到了证实.     

油松DELLA蛋白结合GID1关键位点的鉴定和验证

该研究从油松中分离出2个DELLA蛋白,分别命名为PtDPL和PtRGA;序列保守性分析表明,这2个蛋白具备DELLA和GRAS特异结构域,其进化地位处于石松门和水稻之间,且具有被子植物GID1-DELLA蛋白互作关键位点Δ17结构域;双分子荧光互补结果显示,Δ17结构域是油松GID1与DELLA蛋白相互作用的关键位点。转化拟南芥结果表明,移除Δ17结构域后,Ptdpl-Δ17和Ptrga-Δ17转基因植株对赤霉素响应迟钝,且表现出更低的萌发率,验证了Δ17结构域是油松DELLA蛋白结合GID1的关键作用位点。该实验结果为进一步研究针叶树中GID1-DELLA蛋白互作及赤霉素信号通路调控机制研究奠定了基础。     

Dof基因家族调节植物生长发育功能的研究进展

Dof（DNA binding with one finger）蛋白是一类植物特异性转录因子,通常含有200～400个氨基酸和2个主要结构域。该家族成员的N 末端为高度保守的单锌指Dof结构域,具有与DNA和蛋白质相互作用的双重功能,其C末端的氨基酸序列则较为多变,是Dof蛋白重要的特异转录调控结构域。研究表明,Dof蛋白作为转录激活物或阻遏物参与了多方面的植物生长发育过程。随着基因组测序技术的发展,已有大量的Dof基因从植物基因组数据库中鉴定出来。该文对近年来国内外有关Dof基因家族的结构特点、全基因组鉴定、蛋白互作以及生物学功能等方面的研究进展进行综述,以期为Dof转录因子的深入研究提供参考。     

毒蕈乙酰胆碱受体亚型关系的研究

利用不同类型的生物学数据, 运用生物信息学方法和策略, 从分子进化、序列相似性、表达相关性以及蛋白互作4个层面对M受体亚型之间的关系进行了比较全面的研究。分析表明, 从分子进化和序列相似性角度,毒蕈乙酰胆碱受体5种亚型可分为2个亚类,分别为M1、M3、M5亚类(第一亚类)与M2、M4亚类(第二亚类),每一亚类内部亚型之间进化距离相对较近, 序列相似性较高。在表达层面发现第一亚类中受体亚型与第二亚类中受体亚型在某些组织中正表达相关, 呈现共表达趋势。在互作层面发现两亚类之间受体亚型存在着间接互作的关系, 呈现协同作用的现象。     

基于蛋白质互作网络的COVID-19对肺动脉高压的影响机制

通过构建肺动脉高压差异基因和冠状病毒侵入人体后免疫反应相关基因的互作网络,探索COVID-19对肺动脉高压的影响机制。首先通过Meta分析挖掘肺动脉高压相关差异表达基因;其次通过SARS-CoV侵染人体后的基因表达数据,挖掘主要功能通路;最后构建肺动脉高压差异表达基因和冠状病毒主要功能通路基因的互作网络,挖掘网络的显著功能模块。发现肺动脉高压与血管平滑肌细胞、成纤细胞、T/B细胞免疫过程、转录调节因子通路、Toll样信号通路等密切相关,互作网络发现ITGAM、HBB、VCAM1、IL1R2等基因是COVID-19感染肺动脉高压患者的重要调节基因。通过肺动脉高压与冠状病毒感染机体后蛋白质互作网络探索了COVID-19对肺动脉高压的影响机制,为肺动脉高压感染COVID-19的研究及治疗提供了新思路。     

基于蛋白质互作网络挖掘自闭症谱系障碍的功能模块与核心基因

自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)是一种具有高遗传性、临床异质性和生物复杂性的神经行为障碍类疾病。为挖掘ASD发生发展过程中的功能模块与核心基因,本文从自闭症谱系障碍疾病数据库获取ASD相关基因;利用STRING数据库构建ASD相关基因的蛋白质互作网络;通过MCODE算法对蛋白质互作网络进行模块分析并筛选核心基因;最后对各功能模块进行KEGG通路分析,根据富集到的通路类别评估功能模块之间的相互作用。结果显示, 3个疾病基因数据库筛选出182个共有基因,构建的蛋白质互作网络包含171个节点和1 041条边,其中NRXN1、GRIN2B、GRIN2A、DLG4、NLGN3、MECP2、CNTNAP2、BDNF、NLGN4X、FMR1等23个基因具有较高的连通度(degree)。从蛋白质互作网络中分析得到5个功能模块,包括68个核心基因。KEGG富集分析发现功能模块参与多个生物学通路,包括细胞黏附分子、钙离子通路、神经活性的配体-受体相互作用、多巴胺能神经突触等。分析结果提示,挖掘的ASD功能模块和核心基因大多集中在神经元活动、信号分子和信号传导等,且各模块相互作用共同影响ASD的发生发展。     

运用BioID技术筛选水稻GS3互作蛋白

水稻异源三聚体G蛋白系统中的非典型γ亚基GS3,是一个控制籽粒大小的主效数量效应基因座,在调节籽粒大小中发挥负调控因子的功能。BioID(proximity-dependent biotin identification)为邻近蛋白标记技术,其工作原理是生物素连接酶能使其周围的蛋白带上生物素,同时生物素又能和链霉亲和素紧密结合,所以能够利用链霉亲和素偶联的磁珠富集目标蛋白。该技术具有灵敏、高效和周期短等特点,为筛选互作蛋白提供了新方法。为了解析GS3的蛋白调控网络,该研究以水稻原生质体为材料,采用BioID技术对GS3在水稻中的互作蛋白进行了筛选。Western-blot结果表明:融合蛋白Bir AG-GS3在原生质体中成功表达并生物素化GS3邻近蛋白。使用链霉亲和素磁珠富集生物素化后的蛋白,并进行蛋白质谱测序,获得了与GS3邻近的可能存在直接或间接互作的蛋白。将获得的蛋白进行功能富集与注释,并构建蛋白-蛋白互作网络。对部分蛋白进行了BiFC验证,发现GS3可能与ICL、PPDK、RPN7和RH15发生相互作用,涉及能量代谢的调节、种子淀粉物质的储存、泛素-蛋白酶体系统以及凋亡途径等生物过程。     

水稻基因型×环境互作效应分析及其与气候因子的关系

利用多年水稻（早籼稻和晚粳稻）区域试验产量结果和有关试验点气候资料,分析 了基因型×环境互作效应结构变化趋势、与主要气候因子以及试点平均产量的关系等．研究表 明,水稻基因型×环境互作效应值在年度间相对稳定,存在着一个相对稳定的数值．单一试点 水平上产生的交互效应值年度间也保持相对稳定．试点的互作效应由固定部分（由土壤等因素引 起）和随机部分（由不确定气候等因素引起）两部分混合组成,两部分约各占５０％．试点互作效应 与试点对品种判别能力的估算参数（Ｄｊ参数）之间均存在着较好的线性相关关系,与试点平均产 量之间则表现出一种不规则状态．与气候因子的相关性分析结果表明,晚粳稻试验点品种×地点 互作效应与１０月份（灌浆成熟期）的平均日照和平均气温有较大的相关性．从总体趋势上看,气 温和日照与试验点互作效应呈负向相关关系．     

刺盘孢菌的蛋白互作预测及侵染早期共表达模块分析

刺盘孢菌是一类重要的植物病原真菌,在全球范围内危害众多单双子叶植物。有许多研究对病菌的侵染模式进行了探索,但仍未阐明其确切的分子机制。本研究在预测病菌蛋白互作的基础上,结合表达谱数据对病菌在活体生存环境下的共表达模块进行挖掘和分析,以期为分子机制的研究提供新的线索。通过同源映射法和结构域法,预测得到刺盘孢菌的4 288个蛋白之间存在41 700个潜在互作,其中39 776个互作发生于异源蛋白之间,1 924个互作发生于同一蛋白内。将蛋白互作数据分别与4个表达谱数据进行整合,构建得到离体I、离体II、活体I和活体II 4个共表达互作组。对离体和活体互作组的共有基因的表达水平进行比较分析,结果表明,与离体互作组相比,活体互作组中与翻译、蛋白代谢等有关的基因表达水平下降,与离子转运、糖物质转运等有关的基因表达水平上升,暗示了物质转运在刺盘孢菌侵染早期的重要作用。进一步对活体互作组进行模块化分析,结果表明,活体I和活体II的特异模块分别与胁迫响应、肌动蛋白纤维长度调控有关,其中胁迫响应子网是以热激蛋白Hsp70为核心的互作簇,可能参与病菌对寄主的识别与对抗;肌动蛋白纤维长度调控子网则可能与病菌菌丝在寄主细胞间的延伸有关。     

烟草内源铁蛋白NtFer1和NtFer2的相互作用

以2个烟草铁蛋白基因全长序列（NtFer1和Mnr2,GenBank登录号：AY083924和AY141105）为基础,利用细菌双杂交系统分析不同烟草铁蛋白亚基之间及相同铁蛋白亚基之间的互作关系,并利用Northern杂交分析2个铁蛋白基因的特异表达。结果表明,铁蛋白基因NtFer1和Mnr2在叶片中均有表达,同时2种亚基之间存在很强的互作关系,说明在叶片中组成铁蛋白的24个亚基可能有3种类型,或来自单一的NtFer1亚基,或来自单一的NtFer2亚基,也可能来源于不同的铁蛋白亚基。在烟草根部组织中只有铁蛋白NtFer1基因大量表达,而MFPr2基因的表达非常微弱,所以根部的铁蛋白大分子可能由单一的铁蛋白NtFer1亚基聚合而成的。     

植物中验证蛋白相互作用的Pull-down和Co-IP技术

蛋白互作在细胞生命活动中发挥关键作用,在不同时空层面上参与多种细胞学过程,因此研究蛋白互作对理解分子调控网络至关重要。通常情况下,利用酵母双杂交系统筛选植物蛋白互作必须通过体外和体内系统进行验证。Pull-down和Co-IP是验证植物蛋白互作的常用技术。Pull-down被广泛用于体外验证蛋白间的直接互作;而在植物活体内,利用本氏烟草(Nicotiana benthamiana)叶片瞬时表达蛋白,继而通过Co-IP进行鉴定是目前验证蛋白互作最简单且最有效的方法之一。该文对GST Pull-down和烟草瞬时表达系统中Co-IP技术原理及实验方案进行详细描述,以期为验证植物蛋白互作提供参考。