蛋白質相互之間作用第一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二21世紀初生命科學的重大分支學科和發展趨勢80年代有遠見的生物學家把分子生物學（包括分子遺傳學）、細胞生物學、神經生物學與生態學列為當前生物科學的四大基礎學科，無疑是正確地反映了現代生命科學的總趨勢。遺傳學（主要是分子遺傳學）不僅當前是生物科學的帶頭學科，在今后多年還將保持其在生命科學中的核心作用。第二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二分子生物學

分子生物學是研究組成生物本身的重要物質：核酸、蛋白質和酶的結構和功能、合成和代謝、表達和調控以及它們之間的相互作用，以此來揭示生命的本質，是生命科學研究的前沿和核心。研究蛋白質的相互作用是研究生課題研究的重要內容之一。第三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二研究蛋白相互作用的意義蛋白質是生命功能的執行者，也是生命現象的直接體現者，對蛋白質結構和功能的研究將直接闡明生命在生理或病理情況下的變化機制，而蛋白質功能的實現離不開蛋白質與蛋白質或蛋白質與其他生物大分子之間的相互作用。蛋白質的相互作用以細胞結構、生化活性和能動行為為基礎。第四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二蛋白質間的相互作用是實現功能的基礎，細胞進行生命活動過程是蛋白質在一定時空下的相互作用的結果。第五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二相互作用的蛋白質的含義：參與同一個代謝途徑（Metabolicpathway）或生物學過程（Biologicalprocess）；屬于同一個結構復合物（Structuralcomplex）或分子機制（Molecularmachine）的元件。它們之間可以發生“物理”上的接觸，也可以不接觸，而僅是遺傳上關聯。第六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二研究蛋白質間相互作用的最終目標：建立模式細胞系統中全部蛋白質相互作用的網絡，即蛋白質相互作用組（Interactome），這將為研究蛋白質的其它功能及細胞的全局特征構筑一個框架。由于蛋白質相互作用網絡的破壞和失穩，可能引發細胞功能障礙，因此，蛋白質相互作用網絡的建立有助于發展網絡動態模型，尋找合適的藥物作用靶點，將為新藥開發提供理論依據。第七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二蛋白質間相互作用研究的實驗技術近年來用于蛋白質間相互作用研究的先進分析技術：酵母雙雜交系統、熒光共振能量轉移技術、表面等離子體共振技術、蛋白質芯片技術。第八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二酵母雙雜交系統酵母雙雜交系統（Yeasttwo-hybridsystem）由Fields和Song（Natrue，1989年）首創，是建立在對真核轉錄激活因子認識的基礎上。真核轉錄激活因子包括兩個功能結構域：一個是與上游激活序列（Upstreamactivatingsequence，UAS）結合的DNA結合結構域（DNA-bindingdomain

，BD）；另一個是DNA激活結構域（DNAActivationdomain

，AD）。第九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二將目的蛋白的基因轉入帶有BD結構域的質粒載體中，并把其轉入酵母細胞中表達一個融合蛋白—誘餌蛋白（Bait）；把要篩選的cDNA文庫中所有基因片段克隆至帶有AD結構域的另一質粒載體中，表達另一個雜交蛋白—靶蛋白（Prey）。然后共轉化酵母菌或是通過兩個單倍體酵母菌融合，在選擇性缺陷培養基上篩選，通過對報告基因表型的鑒定來確定兩個蛋白是否存在相互作用。第十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二熒光共振能量轉移技術熒光共振能量轉移（Fluorescenceresonanceenergytransfer，FRET）理論由Forster于1984年提出，是指兩個熒光發色基團在足夠靠近時，若供體分子吸收一定頻率的光子后被激發到更高的電子能態，當該電子回到基態時，可通過偶極子相互作用，實現能量向鄰近的受體分子轉移，即發生能量共振轉移。第十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二FRET技術能夠定時、定量、定位、無損傷地檢測活細胞內兩個蛋白質間的相互作用，但細胞內復雜的生命活動常常是通過兩個以上分子之間相互作用實現的，如何檢測這種多分子間的動態作用機制是當今分子生物學研究面臨的一個難題。為滿足這種需求，研究人員提出了一種三色熒光的二步級聯FRET（2-stepFRET）技術，作為一種新興技術，它能檢測活細胞內3個生物分子間的相互作。第十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二表面等離子體共振技術表面等離子體共振（Surfaceplasmonresonance

，SPR）技術是瑞典Phamacia公司在20世紀90年代開發的生物傳感技術，其基本原理是，當一束平面單色偏振光以一定角度入射到鍍有薄層金膜的玻璃表面發生全反射時，如入射光的波向量與金膜內表面電子的振蕩頻率匹配，光線則耦合入金膜引發電子共振，即表面等離子體共振，其中電子吸收入射光線能量后達到最小反射光強度時所對應的入射光角度被稱為SPR角。第十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二將探針或配體固定于傳感器芯片的金膜表面，當含分析物的液體流過傳感片表面，分子間發生特異性結合時，可引起傳感片表面折射率的改變，從而通過檢測SPR角的信號改變，測定分子間的相互作用。第十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二蛋白質芯片技術蛋白質芯片（Proteinchip）技術是近年來在生命科學領域中迅速發展起來的一項高新技術，其基本原理是，將各種蛋白質有序地固定于滴定板、濾膜或載玻片等各種載體上作為檢測用的芯片，然后，用標記了特定熒光的蛋白質或其他成分與芯片作用，將未能與芯片上蛋白質互補結合的成分洗去，再利用熒光掃描儀或激光共聚焦掃描技術，測定芯片上各點的熒光強度，通過熒光強度分析蛋白質間的相互作用，最終達到測定各種蛋白質功能的目的。第十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二生物信息學方法生物信息學（Bioinformatics）是在生命科學、計算機科學、物理學、化學和數學的基礎上逐步發展而形成的一門新興交叉學科，是以理解各種數據的生物學意義為目的、運用數學與計算機科學手段進行生物信息的收集、加工、存儲、傳播、分析與解析的科學。第十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二研究蛋白質相互作用的網絡是理解細胞網絡結構及功能，是理解生命新陳代謝以及疾病發生的基礎和關鍵；在蛋白質組研究領域，利用高通量的實驗方法來鑒定和分類蛋白質、細胞內的蛋白區域和蛋白質的相互作用，產生了很多的生物信息記錄，這就需要有一些標準且特異的數據庫來描述和儲存這些相互作用的信息，其結果導致了大量的蛋白質相互作用數據庫的發展。第十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二生物信息學在基因組學和蛋白質組學的研究中起著特殊的重要作用，因為基因組學和蛋白質組學研究所提供的數據數量之巨大在生物學史上是史無前例的，且蛋白質組學比基因組學更具復雜性，因而蛋白質組信息學的發展與應用面臨著更多挑戰。第十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二在后基因組時代，生物信息學的研究內容已經從對基因組和蛋白質組數據的高效分析轉移到比較基因組學、代謝網絡分析、基因表達譜網絡分析、蛋白質結構與功能分析以及藥物靶點篩選等方面，分別與功能基因組、蛋白質組、結構基因組等研究領域互相配合、緊密相關，成為目前極其熱門的系統生物學研究的重要基石。第二十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二生物信息學方法大都是基于從已知數據庫來分析比較未知蛋白的功能及其相互作用蛋白。生物信息學分析無需具體的實驗操作，往往是在整個基因組規模上進行研究，可獲得較大的信息量。另外，根據蛋白晶體結構的互補性，也可推測蛋白間可能的相互作用，但遺憾的是，這些方法以結構數據為前提，若數據庫中沒有可供分析的數據則無法比較。第二十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二目前大規模研究產生的數據均未達到飽和，需要整合所有的研究數據而不是分析單一的實驗結果，才能得到更加清晰、有用的生物學信息。值得一提的是，在細胞中有些蛋白質的相互作用是瞬時的、不穩定的，以實驗為基礎的研究方法很難捕捉到這種相互作用，而基于生物信息學的分析則能彌補這一不足。第二十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二生物信息學方法預測蛋白質相互作用的原理系統發育譜（Phylogeneticprofile）基因鄰接（Geneneighborhood）基因融合事件（Genefusionevent）鏡像樹（Mirrotree）突變關聯（Corelatedmutations）序列信號關聯（Corelatedsequence-signatures）保守的蛋白間相互作用（Interologs）同源結構復合物（Homologousstructuralcomplexs）進化速率關聯（Corelatedevolutionary-rate）第二十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二系統發育譜（Phylogeneticprofile）

這個方法基于如下假定：功能相關的（Functionallyrelated）基因，在一組完全測序的基因組中預期同時存在或不存在，這種存在或不存在的模式（Pattern）被稱作系統發育譜；如果兩個基因，它們的序列沒有同源性，但它們的系統發育譜一致或相似，可以推斷它們在功能上是相關的。第二十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二基因鄰接（Geneneighborhood）

這個方法的依據是，在細菌基因組中，功能相關的基因緊密連鎖地存在于一個特定區域，構成一個操縱子，這種基因之間的鄰接關系，在物種演化過程中具有保守性，可以作為基因產物之間功能關系的指示。這個方法似乎只能適用于進化早期的結構簡單的微生物。第二十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二基因融合事件（Genefusionevent）

這個方法基于如下假定：由于在物種演化過程中發生了基因融合事件，一個物種的兩個（或多個）相互作用的蛋白，在另一個物種中融合成為一條多肽鏈，因而基因融合事件可以作為蛋白質功能相關或相互作用的指示。第二十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二鏡像樹（Mirrotree）

這個方法的思想是，功能相關的蛋白質或同一個蛋白的域之間，受功能約束，其進化過程應該保持一致，即呈現共進化（Co-evolution）特征，通過構建和比較它們的系統發育樹，如果發現樹的拓撲結構顯示相似性，這種相似的樹被稱作鏡像樹，那么，可以推測建樹基因的功能是相關的。第二十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二突變關聯（Corelatedmutations）

物理上相互接觸的蛋白質，比如處在同一個結構復合物中的蛋白質，其中一個蛋白質在進化過程中累計的殘基變化，通過在另一個蛋白質中發生相應的變化予以補償，這種現象被稱作關聯突變，它可以被看作是氨基酸水平的鏡像樹。第二十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二序列信號關聯（Corelatedsequence-signatures）

這個方法依據統計結果設計。通過檢查實驗上已經證實的相互作用蛋白質對，發現序列特征信號（sequence-signatures

）在不同對的相互作用蛋白中重復地出現，這一現象被稱作序列信號關聯。利用序列域信號關聯作為相互作用蛋白質的識別指示，可以預測未知功能蛋白與已知蛋白的相互作用，減少直接實驗的搜索空間。第二十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二保守的蛋白間相互作用（Interologs）

這個方法基于如下原理：相互作用的蛋白質在物種演化過程中具有保守性，因此，可以通過在一個物種中建立的蛋白質相互作用網絡，預測其它物種的蛋白質間相互作用。這是后基因組時代產生的一個分子進化概念，使人們聯想到直系同源基因Orsologs）和平行同源基因（Paralogs）兩個概念。第三十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二同源結構復合物（Homologousstructuralcomplexs）

這個方法的原理是，設想三維結構已知的蛋白質復合物，各自的同家族成員以同樣的方式發生相互作用。第三十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二進化速率關聯（Corelatedevolutionary-rate）

這個方法的原理是，蛋白質的進化速率由這個蛋白質同其它蛋白質發生相互作用的數量決定，并呈負相關，即相互作用的數量越多進化速率越低，而不是通常設想的蛋白質的進化速率由這個蛋白質對機體的重要性決定，這是一個極重要的概念。第三十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二蛋白質相互作用分析相關數據庫及網站BioGRIDPathBlastHAPPIInterPreTsInterDomStringHPRDIntAct第三十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二BioGRID(/)第三十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第三十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第三十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第三十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第三十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第三十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二HAPPI(:8340/HAPPI/)第四十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第四十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第四十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第四十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第四十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第四十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第四十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第四十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二InterPreTs(/cgi-bin/tools/interprets.pl)第四十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第四十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第五十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第五十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二String(/)第五十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第五十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第五十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第五十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第五十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第五十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第五十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第五十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第六十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第六十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第六十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期二第六十三頁，共八十三頁，編輯于20