Кіріспе
Бірнеше белоктардың арасындағы физикалық өзара әрекеттесулер мен құрылымдар. Белок-белок өзара әрекеттесулері (БӨӘӘ) – екі немесе одан көп белок молекулалары арасында электростатикалық күштер, сутекті байланыстар және гидрофобтық әсерді қамтитын биохимиялық оқиғалардың нәтижесінде қалыптасатын жоғары ерекшеліктегі физикалық контактілер. Көптеген жағдайларда бұл – тіршілік ететін организмдердегі нақты биомолекулалық контексте жүзеге асатын тізбектер арасындағы молекулалық байланыстар. Белоктар көбінесе өздігінен әрекет етпейді, өйткені олардың функциялары реттеліп отырады. Жасуша ішіндегі көптеген молекулалық процестер БӨӘӘ арқылы ұйымдастырылған көптеген белок компоненттерінен құралған молекулалық машиналармен жүзеге асырылады. Бұл физиологиялық өзара әрекеттесулер организмнің интерактомикасын құрайды, ал бұзылған БӨӘӘ – Крейцфельдт-Якоб және Альцгеймер аурулары сияқты көптеген агрегацияға байланысты аурулардың себебі болып табылады. БӨӘӘ биохимия, кванттық химия, молекулалық динамика, сигналдарды беру сияқты әртүрлі әдістермен және көзқараспен зерттелді. Бұл ақпарат метаболикалық немесе генетикалық/эпигенетикалық желілерге ұқсас ірі белок өзара әрекеттесу желілерін құруға мүмкіндік береді, бұл биохимиялық каскадтар мен аурудың молекулалық этиологиясы туралы білімді кеңейтеді, сондай-ақ терапиялық маңызы бар белоктарды анықтауға көмектеседі.
Protein–protein interactions (PPIs) are physical contacts of high specificity established between two or more protein molecules as a result of biochemical events steered by interactions that include electrostatic forces, hydrogen bonding and the hydrophobic effect. Many are physical contacts with molecular associations between chains that occur in a cell or in a living organism in a specific biomolecular context. Proteins rarely act alone as their functions tend to be regulated. Many molecular processes within a cell are carried out by molecular machines that are built from numerous protein components organized by their PPIs. These physiological interactions make up the so called interactomics of the organism, while aberrant PPIs are the basis of multiple aggregation related diseases, such as Creutzfeldt–Jakob and Alzheimer's diseases. PPIs have been studied with many methods and from different perspectives: biochemistry, quantum chemistry, molecular dynamics, signal transduction, among others. All this information enables the creation of large protein interaction networks – similar to metabolic or genetic/epigenetic networks – that empower the current knowledge on biochemical cascades and molecular etiology of disease, as well as the discovery of putative protein targets of therapeutic interest.
Электрондарды беру ақуыздары
Көптеген метаболизм реакцияларында электрон тасымалдаушы рөліндегі белок, редуктаза рөліндегі ферментке байланысады. Электронды қабылдағаннан кейін ол диссоциацияланып, содан кейін оның оксидазасы рөліндегі келесі ферментке (яғни электронды қабылдаушыға) байланысады. Ақуыздар арасындағы осы өзара әрекеттесулер, электронның тиімді тасымалдануын қамтамасыз ету үшін ақуыздар арасындағы жоғары дәлмелі байланысқа тәуелді. Мысалдар: митохондриялық тотығу фосфорилирлеу тізбегі жүйелерінің құрамындағы цитохром c редуктазасы / цитохром c / цитохром c оксидазасы; микросомалық және митохондриялық P450 жүйелері. Митохондриялық P450 жүйелерінде электрон тасымалдаушы протеині адренодоксиннің редуктазаға байланысуына қатысқан нақты қалдықтар, редуктаза бетіндегі екі негізгі Arg қалдығы және адренодоксиндегі екі қышқыл Asp қалдығы ретінде анықталды. Редуктазаның филогенетикасы бойынша жақында жүргізілген зерттеулер, осы ферменттің эволюциясы кезінде ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуіне қатысқан қалдықтар сақталғанын көрсетті.
Сигналды трандукциялау
Жасушаның қызметі жасуша сырты сигналдармен реттеледі. Сигналдың жасуша ішінде және/немесе оның бойымен таралуы, әртүрлі сигналдық молекулалар арасындағы белок-белок өзара әрекеттесулеріне (ППИ) байланысты. ППИ арқылы сигналдық жолдардың іске қосылуы сигнал трандукциясы деп аталады және көптеген биологиялық процестерде, Паркинсон ауруы және қатерлі ісіктер сияқты көптеген ауруларда маңызды рөл атқарады.
Мембраналық тасымалдау
Белок басқа белокты тасымалдауы мүмкін (мысалы, цитоплазмадан ядроға немесе ядролық порлар арқылы импортин жағдайында керісінше).
Жасушалық метаболизм
Көптеген биосинтетикалық процестерде ферменттер бір-бірімен өзара әрекеттесіп, кішкентай молекулалар немесе басқа макромолекулалар жасайды.
Бұлшықеттердің жиырылуы
Бұлшықеттердің жиырылуының физиологиясы бірнеше өзара әрекеттесулерді қамтиды. Миозин талшықтары молекулалық моторлар ретінде әрекет етеді және актинге байланысу арқылы талшықтардың сырғанауына мүмкіндік береді. Бұдан әрі, қаңқа бұлшық етіндегі липидтік тамшымен байланысты ақуыздар отбасының мүшелері майлы триглицерид липазасының активаторы және оның коактиваторы, comparative gene identification 58 сияқты басқа ақуыздармен байланысады, қаңқа бұлшық етіндегі липолизді реттеу үшін.
Түрлері
Белок-белок өзара әрекеттесулерінің (PPI) түрлерін сипаттау үшін белоктардың "уақытша" (сигналдарды беру сияқты, қысқа мерзімде белгілі бір әсерді тудыру үшін) немесе басқа белоктармен "тұрақты" қарым-қатынасқа түсуі мүмкін екенін ескеру маңызды. Бұл тұрақты кешендер тірі жүйелерде молекулалық машиналарға айналатын кешендерді құрайды. Белок кешенін құру гомоолигомерлік немесе гетероолигомерлік кешендердің пайда болуына әкелуі мүмкін. Фермент тежегіштері және антидене антигендері сияқты дәстүрлі кешендерден өзге, домен-домен және домен-пептид арасында да өзара әрекеттесулер анықталуы мүмкін. Белок-белок өзара әрекеттесуін анықтаудағы тағы бір маңызды айырмашылық – оларды анықтау әдісі. Себебі, белок жұптары арасындағы тікелей физикалық өзара әрекеттесуді өлшейтін "бинарлық" әдістер бар, ал белок серіктестерін жұптап анықтамай, белок топтары арасындағы физикалық өзара әрекеттесуді өлшейтін әдістер "кокомплекстік" әдістер деп аталады.
Гомо-олигомерлер мен гетеро-олигомерлер
Гомо олигомерлер – бір ғана типті ақуыздық кішібірліктерден құралған макромолекулалық кешендер. Ақуыз кішібірліктерінің құрастырылуы ақуыздың төртіншілік құрылымындағы ковалентті емес өзара әрекеттесулердің қалыптасуымен реттеледі. Бастапқы жеке мономерлерге қайта оралу үшін гомо олигомерлерді бұзу көбінесе кешенді денатурациялауды талап етеді. Gq-мен байланысқан рецепторлардың кейбіреуі, мысалы, М3 мускарин рецепторы, рецептор лиганымен байланысу алдында Gq ақуыздарымен алдын ала байланысады. Глобулярлы ақуыз домендерімен (яғни MoRF) ішкі тәртіпсіз ақуыз аймақтары арасындағы өзара әрекеттесулер уақытша болып табылады.
Ковалентті және ковалентті емес
Ковалентті өзара әрекеттесулер ең мықты байланысқа ие және дисульфидтік байланыстар немесе электрон бөлісу арқылы қалыптасады. Шамалы болса да, бұл өзара әрекеттесулер кейбір посттрансляциялық модификацияларда, мысалы, убиквитинация және SUMOylation сияқты процестерде шешуші рөл атқарады. Ковалентті емес байланыстар көбінесе уақытша өзара әрекеттесулер кезінде сутекті байланыстар, иондық өзара әрекеттесулер, Ван дер Ваальс күштері немесе гидрофобтық байланыстар сияқты нашар байланыстардың жиынтығы арқылы құрылады. Әртүрлі, бірақ гомологты ақуыздардан алынған жоғары ажыратымды кристалдық құрылымдар, кейбір интерфейстік су молекулаларының гомологты кешендер арасында сақталатынын көрсетті. Интерфейстік су молекулаларының көпшілігі әр кешеннің екі серігімен де сутекті байланыстар құрайды. Кейбір интерфейстік аминқышқыл қалдықтары немесе бір ақуыз серігінің атомдық топтары екінші ақуыз серігімен тікелей және су арқылы өзара әрекеттеседі. Екі су молекуласымен делдалдық жасалатын екі рет жанама өзара әрекеттесулер төмен байланысқа ие гомологты кешендерде жиі кездеседі. Сақтықпен жүргізілген мутагенез эксперименттері, мысалы, тирозин қалдығын фенилаланинге ауыстыру, су арқылы өзара әрекеттесулердің өзара әрекеттесу энергиясына үлес қосатынын көрсетті. Осылайша, су молекулалары ақуыздар арасындағы өзара әрекеттесуді және бір-бірін тануды жеңілдете алады.
Құрылымы
Көптеген белок кешендерінің молекулалық құрылымы рентгендік кристаллография әдісі арқылы ашылды. Осы әдіспен шешілген алғашқы құрылым – сперматозоид китінің миоглобині, оны сэр Джон Каудери Кендрю анықтаған. Бұл әдісте кристалл атомдарынан шашыраған рентген сәулесінің бұрыштары мен қарқындылығы пленкада тіркеледі, осылайша кристалл ішіндегі электрондардың тығыздығының үш өлшемді суреті құралады. Кейіннен, ядролық магниттік резонанс та белок кешендерінің молекулалық құрылымын анықтау мақсатымен қолданыла бастады. Алғашқы мысалдардың бірі – кальмодулинмен байланысқан кальмодулин байланыс домендерінің құрылымы. Бұл әдіс атом ядроларының магниттік қасиеттерін зерттеуге негізделген, осылайша тиісті атомдардың немесе молекулалардың физикалық және химиялық қасиеттерін анықтауға мүмкіндік береді. Ядролық магниттік резонанс әлсіз белок-белок өзара әрекеттесуін (ППИ) сипаттау үшін артықшылықты ұсынады.
Ашытқының екі гибридті скрининг
Бұл жүйе алғаш рет 1989 жылы Филдс және Сонг тарапынан Saccharomyces cerevisiae биологиялық моделі ретінде қолданылды. Қос гибрид әдісі (Y2H) жұптық ППИ-ді (бинарлық әдіс) in vivo анықтауға мүмкіндік береді, онда екі ақуыз биофизикалық тікелей өзара әрекеттесуге тексеріледі. Y2H ашытқы транскрипциялық факторы Gal4-тің функционалдық қалпына келтіруіне және одан кейін His3 сияқты таңдамалы репортердің белсендірілуіне негізделген. Екі ақуыздың өзара әрекеттесуін тексеру үшін екі ақуыз экспрессиялық конструкциясы жасалады: бір ақуыз (X) Gal4 ДНҚ байланыстыру доменіне (DB) қосылады, ал екінші ақуыз (Y) Gal4 белсендіру доменіне (AD) қосылады. Талдау кезінде ашытқы жасушалары осы конструкциялармен трансформацияланады. Репортер гендерінің транскрипциясы, егер жем (DB X) және олжа (AD Y) бір-бірімен өзара әрекеттесіп, функционалды Gal4 транскрипциялық факторын құрмаса, жүргізілмейді. Осылайша, ақуыздар арасындағы өзара әрекеттесуді репортер генінің экспрессиясынан туындаған өнімдердің болуымен анықтауға болады. Егер репортер гені ашытқыға маңызды аминқышқылдар немесе нуклеотидтерді синтездеуге мүмкіндік беретін ферменттерді экспрессияласа, таңдамалы ортада ашытқының өсуі екі ақуыздың өзара әрекеттесетінін көрсетеді. Жақында ақуыздық өзара әрекеттесуді анықтау және басымдық беруге арналған бағдарламалық құралдар жарияланды. Оның пайдалылығына қарамастан, қос гибрид әдісінің шектеулері бар. Ол негізгі қабылдаушы жүйе ретінде ашытқыны пайдаланады, бұл сүтқоректілерге тән посттрансляциялық модификацияларды қамтитын ақуыздарды зерттегенде қиындық тудыруы мүмкін. Анықталған ППИ саны әдетте жоғары жалған теріс көрсеткіштерге байланысты төмен болады; сондай-ақ, мысалы, мембраналық ақуыздарды азайтады. Y2H қолданылған алғашқы зерттеулерде жалған оң нәтижелерге (мысалы, AD Y болмағанда DB X репортер генін белсендіргенде) тиісті бақылаулар жиі жүргізілмеді, бұл қалыптыдан жоғары жалған оң нәтижелерге әкелді. Осы жалған оң нәтижелерді бақылау үшін эмпирикалық тәсілді қолдану қажет. Мембраналық ақуыздардың нашар жабылуының шектеулері қос гибрид әдісінің мембраналық нұсқасы (MYTH) сияқты түрлерінің пайда болуымен шешілді.
Массалық спектрометриямен біріктірілген аффинитеттік тазарту
Массалық спектрометриямен байланыстырылған аффиниттік тазарту көбінесе тұрақты өзара әрекеттесулерді анықтайды және осылайша тірі организмдегі (in vivo) функционалдық белок-белок өзара әрекеттесулерін (PPI) жақсы көрсетеді.
Интрагендік комплементация
Бір геннің кодтаған полипептидінің бірнеше көшірмелері кешен құраса, бұл ақуыз құрылымы мультимер деп аталады. Белгілі бір геннің екі түрлі мутантты аллельдерінен түзілген полипептидтерден мультимер қалыптасқанда, аралас мультимерде мутанттардың әрқайсысы жеке-жеке құраған аралас емес мультимерлерге қарағанда жоғары функционалдық белсенділік болуы мүмкін. Мұндай жағдайдағы құбылыс интрагендік комплементация (немесе аллель аралық комплементация) деп аталады. Интрагендік комплементация көптеген түрлі гендерде, әртүрлі организмдерде, соның ішінде Neurospora crassa, Saccharomyces cerevisiae және Schizosaccharomyces pombe саңырауқұлақтарында; Salmonella typhimurium бактериясында; вирустық бактериофаг T4, РНК вирусы және адамдарда көрсетілген. Мұндай зерттеулерде бір гендегі көптеген кемістіктерге ұшыраған мутациялар жиі оқшауланып, рекомбинация жиіліктеріне сүйене отырып, сызықтық ретпен картаға түсіріліп, геннің генетикалық картасын құрады. Мутанттар жеке-жеке жұптық комбинацияларда тексеріліп, комплементация деңгейі өлшенді. Мұндай зерттеулердің нәтижелерін талдау, интрагендік комплементацияның, әдетте, әртүрлі кемістіктерге ұшыраған полипептид мономерлерінің өзара әрекеттесуінен туындайтыны және мультимерді құрайтыны деген қорытындыға әкелді. Полипептидтер құрайтын мультимерлерді кодтайтын гендер кең таралған. Деректердің бір түсіндірмесі, полипептид мономерлері көбінесе мультимердегі орналасуы, генетикалық картадағы жақын жерлерде кемістіктерге ұшыраған мутантты полипептидтер нашар жұмыс істейтін аралас мультимерді құрайды, ал алыс жерлерде кемістіктерге ұшыраған мутантты полипептидтер тиімді жұмыс істейтін аралас мультимерді құрайды. Жақын орналасқан рибосомалардан шығатын екі жаңа протеиннің тікелей өзара әрекеттесуі гомоолигомер (мультимер) түзілуінің жалпы механизмі болып көрінеді. Адам жасушаларында осындай өзара әрекеттесу арқылы құралатын жүздеген ақуыз олигомерлері анықталды.
Басқа ықтимал әдістер
Технологияның дамуымен қатар ППИ-ды анықтаудың әртүрлі әдістері пайда болды. Оларға ко-иммунопреципитация, ақуыз микромассивтері, аналитикалық ультрацентрифугация, жарық шашырауы, флуоресценциялық спектроскопия, сүтқоректілердің интерактом картасы (LUMIER), резонанстық энергия беру жүйелері, сүтқоректілердің белок-белок өзара әрекеттесу тұзағы, электрмен ауыстырылатын биоүстіңгілер, белок-фрагменттерді толықтыру әдісі, сондай-ақ беттік плазмалық резонанс арқылы нақты уақыт белгісіз өлшемдері және калориметрия жатады. Сондықтан, екі ақуыздың өзара әрекеттесуі мүмкін екенін, олардың әрқайсысының басқа геномдағы бір ақуыздың бір аймағымен қабаттаспайтын реттілік ұқсастығы бар-жоғын анықтау арқылы болжауға болады. Консервацияланған көршілік әдісі екі белокты кодтайтын гендер көптеген геномдардағы хромосомаларда жақын орналасқан болса, олар функционалдық тұрғыдан байланысты (және мүмкін физикалық өзара әрекеттесетін) болуы мүмкін деген гипотезға негізделген. Филогенетикалық профиль әдісі екі немесе одан көп ақуыз бірнеше геномдарда бірдей кездесетін немесе жоқ болса, олар функционалдық тұрғыдан байланысты болуы мүмкін деген гипотезға негізделген. ППИ-ды алу және/немесе болжау үшін қолжетімді мәтіндік тау-кен қолданбаларының кең ауқымы бар, сондай-ақ қолмен расталған және/немесе есептеу арқылы болжалған ППИ-ды жиі сақтайтын репозиторийлер де бар. Мәтіндік қазбалау екі кезеңде жүзеге асырылуы мүмкін: ақпаратты іздеу, онда өзара әрекеттесетін белоктардың бірінің немесе екеуінің де атауларын қамтитын мәтіндер ізделіп алынады, және ақпаратты бөліп алу, онда мақсатты ақпарат (өзара әрекеттесетін белоктар, қатысты қалдықтар, өзара әрекеттесу түрлері және т.б.) бөліп алынады. Филогенетикалық профильдеуді пайдаланатын зерттеулер де бар, олардың функционалдығы ортақ жолдарға қатысқан ақуыздардың түрлер арасында байланысты эволюцияға ұшырайды деген теорияға негізделген. Кейбір күрделі мәтіндік тау-кен әдістемелері жетілдірілген Табиғи Тілді Өңдеу (ТТӨ) техникаларын қолданады және білім желілерін құрады (мысалы, ген атауларын түйіндер ретінде және етістіктерді жиектер ретінде қарастырады). Басқа да жетістіктер ақуыз өзара әрекеттесуін болжау үшін ядролық әдістерді қамтиды.
Машиналық оқыту әдістері
Белоктар арасындағы өзара әрекеттесуді болжау үшін көптеген есептеу әдістері ұсынылған және қарастырылған. Болжамдық тәсілдерді болжау деректеріне сүйенетін категорияларға бөлуге болады: белок тізбегі, салыстырмалы геномика, белок домендері, белоктың үшіншілік құрылымы және өзара әрекеттесу желісінің топологиясы. 705 интегралды мембраналық белоктың ішінде 536 белокты қамтитын 1985 түрлі өзара әрекеттесу анықталды. Өзара әрекеттесулерді сұрыптап, жіктеу үшін қолдау векторлық машинасы жоғары, орташа және төмен сенімді өзара әрекеттесулерді анықтау үшін қолданылды. Бөлшектенген убиквитин мембраналық ашытқы екі гибридтік жүйесі өзара әрекеттесетін белоктар жұбын кодтайтын ашытқы трансформанттарын анықтау үшін транскрипциялық репортерлерді пайдаланады. 2006 жылы қадағаланған техниканың мысалы – кездейсоқ орман, белок өзара әрекеттесуін болжау үшін ең тиімді машиналық оқыту әдісі болып табылған. Мұндай әдістер адам интерактомындағы белок өзара әрекеттесуін анықтау үшін қолданылған, атап айтқанда мембраналық белоктар интерактомы және шизофрениямен байланысты белоктар интерактомы. RCC – бұл белок бүктелу кеңістігін имитациялайтын және бір уақытта байланысқан барлық қалдық жиынтығын қамтитын есептеу векторлық кеңістігі, оны белок құрылымының функциялық байланысы мен эволюциясын талдау үшін пайдалануға болады.
Деректер қоры
PPI-ді ірі көлемде анықтау жүздеген мыңдаған өзара әрекеттесулерді тудырды, олар толық интерактомаларды қамтамасыз ету үшін үнемі жаңартылып отыратын арнайы биологиялық деректер базасында жиналды. Осы деректер базасының біріншісі – өзара әрекеттесетін ақуыздар (DIP) дерекқоры болды. Бастапқы деректер базасы шағын немесе ірі эксперименттік әдістер арқылы дәлелденген, жарияланған PPI туралы ақпаратты жинайды. Мысалдар: DIP, Биомолекулалық өзара іс-қимыл желісі дерекқоры (BIND), өзара іс-қимыл дерекқоры үшін биологиялық жалпы қойма (BioGRID), Адамның ақуыздық анықтамалық дерекқоры (HPRD), IntAct молекулалық өзара іс-қимыл дерекқоры, Молекулалық өзара іс-қимыл дерекқоры (MINT), Ашытқыдағы MIPS ақуыздық өзара іс-қимыл ресурсы (MIPS MPact) және MIPS сүтқоректілер ақуыз-ақуыз өзара іс-қимыл дерекқоры (MIPS MPPI). Мета-деректер базалары әдетте бастапқы деректер базасы ақпаратын біріктіру нәтижесінде құрылады, бірақ кейбір бастапқы деректерді де жинақтауы мүмкін. Болжамдық деректер базаларына бірнеше техникаларды қолдана отырып болжанатын көптеген PPI кіреді (негізгі мақала). Мысалдар: Адамның ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуін болжау дерекқоры (PIPs), Интерлогты өзара әрекеттесу дерекқоры (I2D), Белгілі және болжалған ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесулері (STRING db) және Бірыңғай адамдық интерактивті (UniHI). Жоғарыда аталған есептеу әдістерінің барлығы бастапқы деректер базаларына тәуелді, олардың деректері жаңа белок-белок өзара әрекеттесуін болжау үшін қолданылуы мүмкін. Деректер базаларының қамтуы әр түрлі. Жалпы, бастапқы деректер базаларындағы белок өзара әрекеттесулерінің саны ең аз, себебі олар басқа деректер базаларынан алынған деректерді біріктірмейді, ал болжамдық деректер базаларында ең көп, өйткені олар тәжірибелік деректерден басқа да дәлелдерді қамтиды. Мысалы, бастапқы IntAct дерекқоры 572,063 өзара әрекеттесуге ие, мета APID дерекқоры 678,000 өзара әрекеттесуге ие, ал болжамдық STRING дерекқоры 25,914,693 өзара әрекеттесуге ие. Дегенмен, STRING дерекқорындағы кейбір өзара әрекеттесулер геномдық контекст сияқты есептеу әдістерімен ғана болжанатынын және тәжірибелік тұрғыдан тексерілмейтінін ескеру маңызды.
Meta databases normally result from the integration of primary databases information, but can also collect some original data. Prediction databases include many PPIs that are predicted using several techniques (main article). Examples: Human Protein–Protein Interaction Prediction Database (PIPs), Interlogous Interaction Database (I2D), Known and Predicted Protein–Protein Interactions (STRING db), and Unified Human Interactive (UniHI). The aforementioned computational methods all depend on source databases whose data can be extrapolated to predict novel protein–protein interactions. Coverage differs greatly between databases. In general, primary databases have the fewest total protein interactions recorded as they do not integrate data from multiple other databases, while prediction databases have the most because they include other forms of evidence in addition to experimental. For example, the primary database IntAct has 572,063 interactions, the meta database APID has 678,000 interactions, and the predictive database STRING has 25,914,693 interactions. However, it is important to note that some of the interactions in the STRING database are only predicted by computational methods such as Genomic Context and not experimentally verified.
Қарым-қатынас желілері
ППИ дерекқорындағы ақпарат өзара әрекеттесу желілерін құруға көмектеседі. Белгілі бір сұраныс ақуызының ППИ желісі оқулықтарда көрсетілуі мүмкін болса да, бүкіл жасушаның ППИ диаграммалары шын мәнінде күрделі және жасау қиын. Молекулалық өзара әрекеттесу картасының бір мысалы – Курт Конның 1999 жылғы жасуша циклын бақылау картасы. Конның картасына сүйене отырып, Швиковский және авторлар тобы 2000 жылы ашытқыдағы ППИ туралы мақала жариялады, онда екі гибридтік скрининг арқылы анықталған 1548 өзара әрекеттесетін ақуыз байланыстырылды. Олар түйіндердің бастапқы орналасуын табу үшін қабатты график салу әдісін қолданды, содан кейін күшке негізделген алгоритмді пайдаланып макетті жақсартты. Биоинформатикалық құралдар молекулалық өзара әрекеттесу желілерін визуализациялаудың қиын міндетін жеңілдету және оларды басқа деректермен толықтыру үшін әзірленді. Мысалы, Cytoscape – кеңінен қолданылатын ашық кодты бағдарламалық қамтамасыз ету, және қазіргі уақытта көптеген плагиндер қол жетімді. Pajek бағдарламалық қамтамасыз етілуі өте үлкен желілерді визуализациялау және талдау үшін артықшылықты ұсынады. Модульдер және MoBaS. Jactive модульдері ППИ желісі мен гендік экспрессия деректерін біріктіреді, ал MoBaS ППИ желісі мен геномдық ауқымды қатынас зерттеулерін біріктіреді. Ақуыз-ақуыз қатынастары көбінесе өзара әрекеттесудің бірнеше түрлерінің нәтижесі болып табылады немесе олар бірлесіп орналасу, тікелей өзара әрекеттесу, тежеуші генетикалық өзара әрекеттесу, қосымша генетикалық өзара әрекеттесу, физикалық байланыс және басқа да байланыстар сияқты әртүрлі тәсілдерден туындайды.
Қолтаңбаланған өзара іс-қимыл желілері
Белоктардың өзара әрекеттесуі көбінесе өзара әрекеттесетін белоктардың біреуінің «активтенуіне» немесе «тежелуіне» алып келеді. Мұндай әсерлер PPI желісінде «белгілермен» (мысалы, «активация» немесе «ингибиция») көрсетілуі мүмкін. Мұндай қасиеттер желілерге бұрыннан қосылғанмен, Vinayagam және авторлар (2014) олар үшін «қолтаңбаланған желі» терминін енгізді. Қолтаңбаланған желілер әдетте өзара әрекеттесуді оң немесе теріс деп белгілей отырып көрсетіледі. Оң өзара әрекеттесу – бұл өзара әрекеттесу нәтижесінде бір белоктың активтенуі. Керісінше, теріс өзара әрекеттесу бір белоктың белсенділігінің жойылғанын көрсетеді. Белок-белок өзара әрекеттесу желілері көбінесе ашытқы екі гибридтік скринингтері немесе аффиниттік тазарту және одан кейінгі массалық спектрометрия әдістері сияқты зертханалық тәжірибелер нәтижесінде құрастырылады. Дегенмен, бұл әдістер желілік схемаларға белгілер тағайындау үшін, қандай өзара әрекеттесу бар екенін анықтауға қажетті ақпаратты қамтамасыз етпейді.
РНК араласу экрандары
РНК-интерференциялық (РНКi) скринингтер (транскрипция мен трансляция арасындағы жеке ақуыздардың репрессиясы) – ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесулеріне белгілер беру процесінде қолданылатын әдістердің бірі. Жеке ақуыздар репрессияланады және нәтижесіндегі фенотиптер талданады. Өзара байланысты фенотиптік қатынас (яғни, екі ақуыздың бірін тежеу нәтижесінде бірдей фенотип пайда болатын жағдай) оң немесе белсенді қатынас бар екенін көрсетеді. Өзара байланыссыз фенотиптер (яғни, екі ақуыздың бірін тежеу екі түрлі фенотипке алып келеді) теріс немесе инактивациялық қатынасты көрсетеді. Егер А ақуызы белсенділігі үшін В ақуызына тәуелді болса, онда А немесе В ақуызын тежеу жасушаның А ақуызы қамтамасыз ететін қызметін жоғалтуына әкеледі және А немесе В ақуызын тежегендегі фенотиптер бірдей болады. Алайда, егер А ақуызы В ақуызымен инактивацияланса, онда фенотиптер қай ақуыз тежелгеніне байланысты өзгеше болады (В ақуызын тежеу және ол енді А ақуызын инактивациялай алмайды, нәтижесінде А белсенді болады, бірақ А ақуызын тежеу және А инактивацияланғандықтан В ақуызын белсендіруге ештеңе болмайды, ал фенотип өзгереді). Белгілі бір ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуіне сенімді белгі беру үшін бірнеше РНКi скринингін жүргізу қажет. Винаягам және авторлар тобы бұл әдісті ұсынған және кем дегенде тоғыз РНКi скринингін қажет екенін, ал скринингтер саны артқан сайын сенімділік артатынын мәлімдеді. ППИ-нің аллостериялық орындар және ыстық нүктелер сияқты бірнеше қасиеттері препараттарды жобалау стратегияларына енгізілген. Дегенмен, өте аз ППИ тікелей FDA бекіткен кішкентай молекулалы ППИ тежегіштеріне бағытталған, бұл жаңа препараттарды табу үшін үлкен, пайдаланылмаған мүмкіндік екенін көрсетеді. 2014 жылы Амит Джайсвал және авторлар тобы ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесу зерттеулерін пайдаланып, теломеразаның теломерлерге тартылуын тежеуге қабілетті 30 пептидті жасады. Аркин және авторлар тобы белгілі бір ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуін реттеу үшін антидене фрагменттеріне негіделген тежегіштерді жасады. ППИ-дің «модуляциясы» тек тежеуді ғана емес, сонымен қатар төртіншілік ақуыз кешендерін тұрақтандыруды қамтитындықтан, осы әрекет механизмі бар молекулалар («молекулалық желімдер» деп аталады) да қарқынды зерттеледі.