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。

睾丸酮丛毛单胞菌激素降解关键酶3,17β-HSD蛋白质相互作用研究

为研究睾丸酮丛毛单胞菌(Comamonas Testosteroni,C.T.)ATCC11996降解甾体类激素过程中关键蛋白质的相互作用关系,本文利用基因同源重组及移码突变原理构建睾丸酮降解关键酶3,17β-HSD基因敲除突变株,在回收率95%条件下高效液相检测野生株与突变株睾丸酮降解率,突变株对睾丸酮降解能力明显低于野生株;原核表达3,17β-HSD获得浓度2.4 mg/mL纯化蛋白,制备特异性鼠源多克隆抗体,ELISA检测抗体效价1∶320000;将多克隆抗体与经睾丸酮诱导的野生型C.T.细胞裂解液蛋白质复合物进行免疫共沉淀,质谱测定蛋白质相互作用组,结果表明短链脱氢酶SDRy(WP_003078287.1)为睾丸酮降解过程中关键酶3,17β-HSD的主要相互作用蛋白。

核酸条形码技术:扩展蛋白质-蛋白质相互作用检测通量的新方法

蛋白质-蛋白质相互作用(protein-protein interaction,PPI)几乎参与了机体内所有重要的生物学过程,在细胞的基本生命过程中扮演了至关重要的角色,开发高通量的PPI检测新方法具有重要的生物学意义。目前,下一代测序技术(next-generation sequencing,NGS)发展快速,能在几天内测定超过10亿个模板的DNA序列。由于并行DNA测序技术所特有的敏感性、特异性、高通量和多路复用优势,其已被用作广谱分子计数器,应用于基因组测序和转录物组测序等领域。核酸条形码技术通过将寡核苷酸标签与目标蛋白质连接起来,从而标记编码蛋白质。之后,利用高通量的测序方法检测相互作用的蛋白质,实现了PPI的高通量检测。这一技术推动了PPI检测方法的飞速发展,提升了单次实验检测的通量,为构建PPI网络提供了强有力的技术支持。本文详细阐述了核酸条形码在PPI检测方法中的设计、生成和读取;通过分析核酸条形码技术在PPI研究中的应用范例,探讨了各自的优势和不足,并评估了数据的可靠性,讨论了基于核酸条形码技术的PPI检测方法未来的发展趋势。

邻近标记技术在蛋白质-蛋白质相互作用中的研究进展

蛋白邻近标记(proximity labeling,PL)技术是指通过融合特定的催化酶,实现对目标蛋白相互作用蛋白的原位标记,再采用质谱或测序分析鉴定标记蛋白。该技术能够在瞬时动态条件下精确识别蛋白质相互作用,是传统分析手段的重要补充,在蛋白质相互作用研究中具有广阔应用前景。本文介绍了各类PL酶的工作原理、分类及优缺点;论述了该技术在研究蛋白质与蛋白质相互作用中的应用;讨论了PL技术的优势、目前存在的问题和发展趋势,以期为该技术的应用提供参考。

蛋白质相互作用及互作网络的生物信息学分析

后基因组时代的最终目标是认识真正执行生命活动的全部蛋白质的表达规律和生物学功能,即蛋白质组学研究。关键的挑战之一就是对蛋白质相互作用网络的研究,将有助于从系统角度加深对细胞结构和功能的认识,并且为新药靶位点的发现和药物设计提供理论基础。目前,用生物信息学的手段来研究蛋白质相互作用网络显示出巨大的优势,主要包括蛋白质相互作用网络的绘制与显示、网络的拓扑结构分析、网络结构模块的研究及网络的比对等。文章试图从生物信息学的角度认识蛋白质相互作用,并总结蛋白质相互作用网络的生物信息学分析方法。

蛋白质相互作用：界面分析,结合自由能计算与相互作用设计

蛋白质相互作用在生命活动中起着重要作用.研究蛋白质间相互作用的本质有助于了解生命活动中这些基本单元的作用.本文主要综述了近期蛋白质相互作用研究的进展,包括蛋白质相互作用界面的基本性质,蛋白质结合自由能的计算方法,不同相互作用在蛋白质结合/解离中的角色和差异,以及上述知识在蛋白质相互作用设计中的应用.蛋白质相互作用界面的特性,例如界面大小、保守性以及结构的动态性质,使得具有生物功能的蛋白质相互作用界面区别于非特异性的晶体堆积界面.生物功能界面的一个重要结构特征是界面上存在着关键残基以及相对独立的相互作用模块.利用多种方法,如MM-PBSA、统计平均势以及不同的相互作用自由能模型,可以在不同的精度上计算蛋白质相互作用自由能.利用蛋白质相互作用界面的特点,从不同的角度进行蛋白质相互作用对的设计与改造,近年来已经有了不少成功的例子,但还存在着很大的挑战.我们认为在今后的蛋白质相互作用设计中,考虑各种因素对蛋白质结合与解离的动力学过程的影响将有助于提高人类控制蛋白质相互作用的能力.

蛋白质相互作用预测、设计与调控

蛋白质相互作用是生命活动在分子水平上的基本事件.蛋白质相互作用的三维图像可以给出关键生命活动过程的分子细节.了解蛋白质相互作用的原理有助于揭示生命活动的机制,并在此基础上开展有重要价值的蛋白质设计.本文对于蛋白质相互作用预测、设计和调控研究的近期进展进行了总结归纳,介绍了作者实验室在相关领域的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望.主要包括:(1)蛋白质相互作用网络、蛋白质相互作用机制和蛋白质复合物结构计算分析;(2)基于序列、结合位点以及复合物结构的蛋白质相互作用预测;(3)蛋白质相互作用设计方法;(4)利用化学分子调控蛋白质相互作用的方法;(5)针对蛋白质相互作用的蛋白质药物设计方法.

蛋白质相互作用数据库及其应用

对蛋白质相互作用及其网络的了解不仅有助于深入理解生命活动的本质和疾病发生的机制,而且可以为药物研发提供靶点.目前,通过高通量筛选、计算方法预测和文献挖掘等方法,获得了大批量的蛋白质相互作用数据,并由此构建了很多内容丰富并日益更新的蛋白质相互作用数据库.本文首先简要阐述了大规模蛋白质相互作用数据产生的3种方法,然后重点介绍了几个人类相关的蛋白质相互作用公共数据库,包括HPRD、BIND、IntAct、MINT、DIP和MIPS,并概述了蛋白质相互作用数据库的整合情况以及这些数据库在蛋白质相互作用网络构建上的应用.

蛋白质相互作用技术在分子水平的应用

基于蛋白复合物在钠离子通道相关疾病中的调控作用,本文综述了蛋白质相互作用构建蛋白质关系的网络和生物学通路中涉及的体内和体外相关检测方法,如酵母双杂交系统、双分子荧光互补、免疫共沉淀技术、融合蛋白Pull-Down技术、单分子下拉、高通量蛋白质芯片、微生物质谱、串联亲和蛋白纯化,以及以生物信息学为主的研究方法,并通过相关检测技术在大分子蛋白复合物中的应用获得新的靶点。

生物信息学方法在预测蛋白质相互作用中的应用

生物信息学是一门数学、统计学、计算机与生物交叉结合的新兴学科。随着后基因组时代的来临,生物信息学的研究重点从基因组测序工作逐渐转移到对已测序基因组的功能进行注释,尤其是蛋白质与蛋白质之间相互作用的研究。以下将重点介绍生物信息学在蛋白质相互作用预测中的应用,以及不同的预测方法各自的优缺点及发展状况。

基于蛋白质相互作用网络的蛋白质复合物和功能模块预测算法研究进展

蛋白质相互作用网络中的模块化结构通常对应于蛋白质复合物或者蛋白质功能模块。基于蛋白质相互作用网络预测蛋白质复合物和功能模块不仅有助于理解生命有机体的细胞生物过程,而且可为探讨疾病的发生、发展和治疗以及合理的药物开发提供重要的基础。本文通过回顾近二十年来基于蛋白质相互作用网络的蛋白质复合物和功能模块预测算法研究的发展历程,按照静态蛋白质相互作用网络(SPIN)和动态蛋白质相互作用网络(DPIN)两个方向分别梳理预测算法所涉及的方法和技术,同时归纳常用的数据集并分析所面临的问题,为进一步研究提供有价值的参考。

蛋白质相互作用数据库

随着"蛋白质组学"的蓬勃发展和人类对生物大分子功能机制的知识积累,涌现出海量的蛋白质相互作用数据。随之,研究者开发了300多个蛋白质相互作用数据库,用于存储、展示和数据的重利用。蛋白质相互作用数据库是系统生物学、分子生物学和临床药物研究的宝贵资源。本文将数据库分为3类:(1)综合蛋白质相互作用数据库;(2)特定物种的蛋白质相互作用数据库;(3)生物学通路数据库。重点介绍常用的蛋白质相互作用数据库,包括BioGRID、STRING、IntAct、MINT、DIP、IMEx、HPRD、Reactome和KEGG等。

蛋白质相互作用及其网络预测方法研究进展

依据蛋白质序列、蛋白质空间结构、基因本体（GeneOntology）注释、文献挖掘、网络比对及基因组信息将蛋白质相互作用预测方法分为六类，阐述并评价了各种方法的研究进展．从网络建模与挖掘两个角度探讨了相互作用网络预测方法．还概述了与之密切相关的问题：位点预测、转录因子间相互作用预测及数据库评价，指出了研究中存在的问题和发展方向．

蛋白质相互作用网络的相似子网搜索问题研究

蛋白质相互作用网络(Protein-Protein Interactions Network,PIN)的相似性问题是目前生物信息学领域研究的热点。将计算机科学和生物学相结合,提出了蛋白质相互作用网络邻居优先搜索算法。该算法综合蛋白质的序列信息和蛋白质相互作用网络的拓扑结构信息,适度提高与相似蛋白质有直接相互作用的蛋白质之间的相似系数,实现了不同物种间蛋白质相互作用相似子网络的搜索。与同类算法的对比实验表明,该算法可以处理更大规模的目标子网搜索,计算速度明显提高,且利用该算法获得的结果与目标子网具有更长的相似路径。论文采用该算法研究了酵母和果蝇的蛋白质相互作用网络,获得了10条相对保守的蛋白质相互作用(Protein-Protein Interactions,PPI)。

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。

铬(Ⅵ)与蛋白质相互作用的共振瑞利散射光谱及其分析应用

在酸性介质中,重铬酸钾和某些白蛋白的共振瑞利散射(RRS)均十分微弱,但当两者相互作用形成结合产物时,将导致共振瑞利散射显著增强并出现新的RRS光谱。本研究考察了反应体系的RRS光谱特征、适宜的反应条件、影响因素及分析化学性质。不同蛋白质分别在0.2～50mg/L(HSA),0.5～60mg/L(OVA)和2.0～80mg/L(BSA)的浓度范围内与散射强度(ΔI)成正比。铬(Ⅵ)对人血清白蛋白的检出限为54.0μg/L,并且方法有较好的选择性。由此建立了一种用铬(Ⅵ)RRS法测定蛋白质的简便、快速的新方法。

蛋白质相互作用网络功能模块检测的研究综述

蛋白质相互作用(Protein-protein interaction,PPI)网络是生命活动中一种极其重要的生物分子关系网络,利用计算方法从PPI网络中检测功能模块是目前生物信息学中一项重要的研究课题.本文首先总结了功能模块检测过程的基本流程,说明了预处理和后处理的作用;其次,提出了一种模块检测方法的分类体系,并对其中一些代表性的检测算法进行了阐述;再次,给出了模块检测常用的数据库、评价指标和相关软件工具,并通过实验对代表性算法进行了性能对比.最后,通过对该领域挑战性问题的分析预测了模块检测未来的研究方向,以期对相关研究提供一定的参考.

蛋白质相互作用实验技术的最新进展

蛋白质相互作用的研究,是揭示生物体正常生长发育及其应对各种生物或(和)非生物胁迫的分子机制及其调控网络的重要途径。文章综述了近年来发展起来的研究蛋白质相互作用的常用实验性方法,如酵母双杂交系统、串联亲和纯化、免疫共沉淀、GST Pull-down、双分子荧光互补、荧光共振能量转移、表面等离子共振分析,介绍了其原理、发展进程,并分析了其优缺点。

PNmerger:一个整合生物学通路和蛋白质相互作用网络的Cytoscape插件(英文)

Cytoscape是一个广泛应用于分子相互作用网络可视化的软件.发展了一个基于java的Cytoscape插件PNmerger.对于一个蛋白质相互作用网络,PNmerger能够使用KEGG数据库中的通路信息自动注释网络中的蛋白质.并通过网络和通路的比较发现网络中已知的通路元件,预测可能的通路元件及通路交联元件.该软件可以可视化网络中存在的通路模块,并将连接不同通路间的潜在交联元件显示出来.PNmerger软件能够有效地帮助实验人员发现网络中重要的功能线索,帮助实验人员进行实验设计.用户可以通过网站http://www.hupo.org.cn/PNmerger下载PNmerger插件.

基于序列保守性和蛋白质相互作用的真核蛋白质亚细胞定位预测

蛋白质的亚细胞定位是进行蛋白质功能研究的重要信息.蛋白质合成后被转运到特定的细胞器中,只有转运到正确的部位才能参与细胞的各种生命活动,有效地发挥功能.尝试了将保守序列及蛋白质相互作用数据的编码信息结合传统的氨基酸组成编码,采用支持向量机进行蛋白质亚细胞定位预测,在真核生物中5轮交叉验证精度达到91.8%,得到了显著的提高.