快速绘制蛋白质“社会网络”的新方法

Salk科学家开发了一种新的高通量技术，用于确定细胞中哪些蛋白质相互作用。映射这种交互网络或“interactome”在过去一直很缓慢，因为可以一次测试的交互次数有限。6月26日发表于“自然方法”的新方法让研究人员在一次实验中测试了数千种蛋白质之间的数百万种关系。

“这种新方法的强大之处在于我们现在必须扩大它的能力，”Salk基因组分析实验室教授兼主任，霍华德休斯医学研究所研究员Joseph Ecker说。“这种分析有可能开始解决我们以前无法解决的基本生物相互作用问题。”

细胞的相互作用组，如社交网络图，让科学家们看到谁在蛋白质世界中与谁合作。这有助于他们弄清楚不同蛋白质的作用，并将分子途径和过程中的不同参与者拼凑在一起。例如，如果新发现的蛋白质与许多其他参与细胞代谢的蛋白质相互作用，研究人员可以推断这可能是新蛋白质的作用，并可能将其用于与代谢功能障碍相关的治疗。

到目前为止，研究人员通常依靠标准的高通量酵母双杂交(Y2H)分析来确定蛋白质之间的相互作用。该系统需要使用一种已知的蛋白质 - 称为“诱饵” - 来筛选一群“猎物”蛋白质。但是，如果找到1000种蛋白质之间的所有相互作用，则需要进行1000次单独的实验，以便为每种诱饵的相互作用伙伴筛选一次。

“目前的技术基本上要求在初级筛查中检测到的相互作用得到单独的重新测试，”加州大学圣地亚哥分校的NSF研究员研究员，Ecker实验室的Shelly Trigg说，他是新论文的第一作者。“对于这种方法实现的筛选深度，这可能不再是必要的。”

在他们的新方法中，Ecker，Trigg和他们的同事在标准Y2H测定中添加了一个扭曲，以更有效地测量相互作用组。将两种蛋白质的基因添加到同一细胞中，每种蛋白质在它们自己的DNA环上。如果感兴趣的蛋白质在细胞内相互作用，则激活称为Cre的基因。当打开时，Cre将两个单独的DNA圈拼接在一起，从而将相互作用蛋白质的基因配对在一起，这样团队就可以通过测序轻松找到它们。该团队可以生成大量的酵母细胞库- 通过在称为质粒的环状DNA上引入基因的随机组合，包含不同的蛋白质对。当细胞对蛋白质相互作用呈阳性时，研究人员可以使用基因测序来确定两种蛋白质相互作用的含义，使用与人类基因组测序相似的新型高通量DNA测序技术。这样，它们不再局限于一次测试一种“诱饵”蛋白质，而是可以同时测试文库中所有蛋白质之间的相互作用。

Ecker的小组在植物拟南芥中测试了所有转录因子(一大类蛋白质)的新方法，称为CrY2H-seq。

“当你摄取1,800种蛋白质并测试它们之间的相互作用时，那将是近400万种组合，”Ecker说。“我们在一个月内完成了十次。”

他们揭示了这些蛋白质中超过8,000种相互作用，使他们对拟南芥转录因子相互作用有了新的认识。他们说，这些数据有助于回答有关某些转录因子组是否具有功能的长期问题。他们发现，一些知之甚少的转录因子与更容易理解的因子相互作用，这些因子调节植物对生长素的反应，生长素是一种协调植物生长的激素。

在将来，该方法可以按比例放大以测试更大的蛋白质组 - 例如，人类细胞含有约20,000种不同的蛋白质。这种更容易，更快速的方法来确定细胞的整个相互作用组，这也开启了研究相互作用组在不同条件下如何变化的可能性 - 这是过去从未有过的实验。