16个艾滋病毒蛋白(蓝色)的相互作用
不久之前，科学家们还在为人类基因组序列草图的绘制完成感到欢欣鼓舞，另一方面，**的蛋白质相互作用网络图谱的绘制同样备受期待。2012年4月的Nature杂志就刊登了两个研究小组在这方面的新研究成果。
生物学家们通过几种方式来检测获得的蛋白质互作数据。他们通常会将蛋白质-蛋白质互作网络分层放置到其他网络上。例如在鉴别出调控某个基因的转录因子后，他们会进一步搜索数据库和文献寻找转录因子的互作伴侣蛋白。研究人员也会探讨一组蛋白间相互连接的机制，基于网络的结构，例如将具有多互作伴侣的蛋白质分类，由此来设置问题。
然而韦恩州立大学医学院网络学家Russell Finley警告说，并非所有的互作数据都是相等的。Finley认为结合质量检测有可能使数据更具权威性。当前精明的研究人员借助于多种不同的检测手段来获取更多的信息，借此来滤除一些蛋白质互作，但这些“直觉性的过滤”有可能存在偏倚。例如，蛋白质研究越深入，就会发现越多的互作。Finley说更好的办法就是考量所有的现有数据，通过评分来反馈一种互作真实存在的可能性。计算机分析可用于评估更多的互作，对那些较高信任评分的蛋白给予更多的权重。
一周内酵母双杂交可以探测出数以万计的潜在蛋白质互作
一种互作有可能存在，却并没有实际意义。加拿大蒙特利尔大学生物化学家Stephen Michnick说“首先真正的问题是什么互作具有意义。一种互作有可能在多种分析中获得很好的重现，但却不具有生物重要性。”换句话说，这种互作没有什么明显的影响：它不会导致一种分子机器开启或终止，一种酶激活或另一种蛋白破坏。
Michnick在完成了一项可在更天然的背景下进行蛋白互作分析的综合研究后得出了这些结论。在蛋白质片段互作分析中，互作蛋白重构出一种酵母在培养条件下生存所需的酶。他们鉴别出了大约3000种新互作，大量涉及膜蛋白和其他未达到细胞核的蛋白。
然而他们对观察的成千上万种其他的蛋白质互作却表示信心不足。Michnick 说：“我们非常惊讶，一些已知的蛋白生成了太多的互作，或是没有生物学意义的互作。我们认为我们采用了**的方法，因此我们应该得到**的结果。我们于是想到，如果我们正在看到的是垃圾互作，其他的人正在寻找的是垃圾互作，那什么是垃圾?”Michnick认为答案就是在自然情况下就存在一些“垃圾”互作，就像部分DNA似乎没有功能，而仅仅是存在着。
Michnick认为甚至在**筛选中也可能有多达一半的互作没有生物学功能。应对大量的蛋白持怀疑态度，但是如果一对相同的蛋白总是一同被发现，那么这种互作更有可能是真实的，这同样适用于跨越多个物种的互作。
加州大学圣地亚哥分校网络生物学家Trey Ideker表示他更担心的是已经观察到的是非常小的一部分。“目前我们并不知道如何找到通往功能性互作的捷径，尚缺乏一些无偏倚的途径来获取所有互作。我们用手电筒照亮了20%的区域，其他80%还处于黑暗中。事实上，没有人知道互作的范围有多大，但是所有人都一致认为我们离绘制这一图谱还有相当的距离。”
现在已经发现的蛋白质互作已经多到无法逐个开展研究。Ideker认为好的方法就是以数据库的形式来思考。“我已经拥有了如此庞大的互作数据，我该如何才能更好的查询它?”
一种策略是将围绕重点问题的不同数据集组合到一起。例如，Ideker决定进行酵母双杂交(Y2H)筛查找出参与丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号级联反应的蛋白质互作。MAPK是调控细胞生长、分化和生存的一个重要的**靶标。Ideker和他的同事们挑选出了150种与该信号通路相关的蛋白质，并利用Y2H分析探究了它们的互作伴侣。由此发现了大约1500种蛋白，超过2000种互作。
从中他们挑选了十几个从前未证实与MAPK级联相关的蛋白，利用RNA干扰抑制已确定互作伴侣的表达。在约三分之一的情况下，RNA抑制改变了级联反应中基因的表达，表明这些互作是具有功能性的。后续研究提供了头个实验证据证实一种称为NHE-1的蛋白充当了MAPK的支架。
Ideker说首先从互作着手，再用其他的数据逐个排除，研究人员就可以发现新的生物学。
研究人员还可以深入了解蛋白质物理互作机制。今年，美国康奈尔大学的于海源(Haiyuan Yu)博士及同事将蛋白互作网络与关于互作蛋白配体结构信息整合到一起生成了一个可定位**相关突变的三维平台。
他们将几种建立的蛋白质互作、互作的物理结构以及遗传检测的数据集组合到一起证实当突变不能阻止蛋白质表达时仍可导致**。此外，研究人员还证实这些突变更有可能发生在蛋白质的互作界面。“在过去的十年里，生物学家们一直使用这一数学定义。每个蛋白就是一个数学圆点。现在我们知道蛋白质的结构对于功能极其重要，”于海源说。
欧洲分子生物学实验室Anne-Claude Gavin主要从事蛋白质复合物研究，她认为从了解一种互作是否在特定的细胞类型中或某些情况下发生的信息到揭示其功能还有相当长的一段路。“互作必须是背景依赖性的;它们必须在一个时间点开始，另一个时间点结束。”但是这类研究难度非常大，且少有人开展。“这是一个我们还无法理解的复杂水平层面，”Gavin说。
为了了解背景下的蛋白质与蛋白质互作，研究人员需要将它们挑选出来开展针对性的研究。
有时候，可采用一些筛查技术深度追踪特异性的互作。例如，可用荧光蛋白或荧光素酶作互补性检测追踪互作蛋白。由于不同颜色的荧光蛋白非常相似，可通过检测一种蛋白筛查同一细胞中两种或更多的蛋白互作。一种蛋白用黄色荧光蛋白片段标记，**种蛋白用青色荧光蛋白片段标记，其他检测蛋白携带两种荧光蛋白共有的片段。这样可以显示出哪些蛋白互作正在发生，它们在细胞的何处发生互作。荧光素酶互补测试还可与多种颜色的蛋白质一起使用，其拥有的独特优势是酶容易分裂和改造，这使得研究人员能够研究互作破坏的机制。成像技术例如生物发光共振能量转移和荧光共振能量转移可用于活细胞。它们利用的是遗传标记蛋白，当蛋白质相互接触时这些标记蛋白就会发光，因此被用于多种分析中。还可以用其他的分析分别标记两种蛋白，并检测它们是否一同在细胞内移动。
相比于大规模筛查，一次一个的蛋白互作研究不单昂贵而且速度较慢，但也是非常重要的。Uetz说：“终你还是应该深入到实际的互作中。”
随着人们对蛋白质互作机制的了解加深，未来这一技术势必越来越造福人类。
原文摘要：
Proteomics: The interaction map
As increasing numbers of protein–protein interactions are identified, researchers are finding ways to interrogate these data and understand the interactions in a relevant context.
Around the time that scientists celebrated the completion of the draft sequence of the human genome, papers from two separate groups described results of another project that tested all the possible pairings of thousands of yeast proteins to see whether they interact.
The importance of protein–protein interactions is beyond dispute. Little happens in a cell without one protein 'touching' another. Whether a cell divides, secretes a hormone or triggers its own death, protein–protein interactions make the event happen. Consequently, comprehensive maps showing which proteins came together in a yeast cell were much anticipated.
