规划远超以往Nature宣布最大蛋白质互作组数据库HuRI

人类参阅基因组极大推动了在基因、安排、细胞和单细胞水平的体系研讨，但人们对介导安排 / 细胞变异和疾病表型的细胞机制知之甚少。人们希望经过研讨蛋白质间的彼此作用，加深对细胞和安排结构功用的了解。为此，需求一个类似人类参阅基因组的蛋白组参阅图谱，体系全面地包括人类蛋白质互作组信息，以运用蛋白质组学研讨生物学机制。

从技能视点而言，在不计其数种细胞环境内检测内源的蛋白质 - 蛋白质互作（protein–protein interactions，PPIs）去取得蛋白参阅图谱是不现实的。不过， 酵母双杂交（yeast two-hybrid，Y2H）可以高通量且体系地筛查蛋白质间的二元彼此作用。

图片来自：Nature

2020 年 4 月 8 日，哈佛大学医学院，Dana-Farber 癌症研讨所与加拿大多伦多大学等多家单位的研讨人员们在Nature上一起发表文章《A reference map of the human binary protein interactome》，发布了目前为止规划最大的人类蛋白质互作参阅图谱「HuRI」，到达以往研讨规划的 4 倍。HuRI 包括了约 53,000 种蛋白质彼此信息，与基因组和转录组数据整合将助于推动对孟德尔疾病的潜在分子机制的探求。

什么是 HuRI？

图 1 规划空前的 HuRI 发作进程

图片来自：Nature

人类基因组约有 17500 个编码蛋白的基因，该研讨运用了 3 种 Y2H 办法检测 17500 种蛋白间的互作，每种办法重复 3 次，总计 9 次挑选到达了约 30 亿次测验（图 1a，b）。经验证后（图 1c），得到了触及 8275 种蛋白质间的 52569 次互作。作者将其称为 HuRI，即人二元蛋白质互作组（human binary protein interactome）。其包括的互作信息量是以往报导的二元 PPI 的约五倍（图 1f）。

HuRI 可以做什么？

1. 经过互作界面猜想蛋白是否同享互作分子

作者发现 HuRI 中有许多蛋白间的直接互作，由此猜想 HuRI 中具有类似互作界面的蛋白质（例如蛋白质 A 和 B）更有或许同享互作分子（例如蛋白质 C）。

成果发现的确如此，并且蛋白质 A 和 B 之间的互作界面一般非互补的互作界面，所以他们彼此之间一般不会发作互作。

别的，两个蛋白质间的序列越类似则越有或许同享互作分子。

2. 描绘细胞区室特异的蛋白互作

蛋白质在细胞内定坐落特定的细胞区室，依赖于亚细胞环境和 PPI 网络来履行他们的功用。尽管已有蛋白质组数据库可以供给单个蛋白质的定位，但确认细胞定位特异的 PPI 网络依然有难度。

作者发现，HuRI 均衡描绘了很多不同亚细胞区室内的蛋白定位。假如 HuRI 与蛋白质定位数据整合，可用于提示细胞定位特异的 PPI 网络，有助于研讨特定亚细胞环境内的蛋白功用。

3. 提醒安排特异的蛋白互作网络

安排偏好性表达（tissue-preferentially expressed，TiP）基因数量不多，但他们可以协同协作来调理中心管家基因，完结安排特异的功用。该研讨发现在 HuRI 中有许多 Tip 蛋白。

为了研讨 TiP 蛋白在其安排环境中的互作网络，作者运用 HuRI 得到了 35 个安排中的蛋白质互作图谱，每个安排中都包括约 25,000 个 PPI。

在每个安排 PPI 网络中，作者特别专心了触及 TiP 蛋白间的彼此作用（图 2），发现了 TiP 蛋白和非 TiP 蛋白间有很多互作联系，但却很少与其他 TiP 蛋白发作互作。仅有 6 个安排中 TiP 蛋白彼此间互作亲近，首要是一些特定表达的角蛋白或晚期角质化包膜蛋白。这或许是为了特定细胞环境的需求来调理和习惯常见的细胞进程，安排特异的蛋白互作网络可以为探求这些细胞进程的构成供给有力依据。

图 2 安排偏好性的互作网络

图片来自：Nature

4. 提示安排特异性表型的分子机制

许多孟德尔疾病有安排特异性表型，疾病相关且安排特异表达的基因的骤变会使人易患疾病，但还无法提醒真实的病因。这些骤变影响的蛋白和其 PPI 有或许是真实导致安排特异性表型的原因。

作者以 PNKP 基由于例，展现 HuRI 怎么推动探求安排特异性表型的分子机制。PNKP 骤变与小头变形，癫痫发作和发育缓慢有关。PNKP 致病性骤变 Glu326Lys 不影响 PNKP 蛋白自身的 DNA 激酶或磷酸酶活性，该骤变的致病机理尚不清楚。

作者经过 HuRI 发现，Glu326Lys 会搅扰 PNKP 的 PPI 中的两个互作分子 SYNGR1 和 TRIM37，这两个互作分子在大脑中特异表达，或许影响大脑的 DNA 修正功用。而良性骤变 Pro20Ser 则不或许影响 PNKP 的任何 PPI。所以，HuRI 可以为说明孟德尔病安排特异性表型的分子机制供给协助。

总结

整体而言，该研讨首要展现了迄今为止规划最大的人类二元蛋白质互作参阅图谱「HuRI」。这个体系的全蛋白质组参阅图谱包括了约 53000 种蛋白质之间的彼此作用，它与基因组，转录组和蛋白质组数据整合可用于研讨正常生理或病理细胞环境中的细胞功用。

十分有意义的是，经过 HuRI 辨认的特定亚细胞中蛋白彼此作用、安排特异性蛋白互作网络和疾病相关骤变对蛋白互作的影响，可以在必定程度上协助人们将基因组变异与表型成果联系起来，进一步加深了解致病机理或供给药物研制潜在靶点。