$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
לעתים קרובות חיוני לזהות ולאפיין אינטראקציות בין חלבון מעניין לרכיבים תאיים אחרים כדי להגדיר את תפקידו במסלול ביולוגי, להבין את הרכבתו או להבהיר את מנגנון הפעולה שלו. מגוון רחב של גישות משמשות בדרך כלל לחקר אינטראקציות חלבון-חלבון, אך לכולן יש מגבלות. השיטה הפשוטה ביותר לזיהוי חלבונים הנקשרים לחלבון מעניין היא טיהור (או קו-אימונופרספיטציה), אך גישה זו דורשת שקומפלקס חלבונים יישאר שלם במהלך הליך הטיהור. ניתן לייצב אינטראקציות חלבון חלשות או חולפות באמצעות קישור צולב כימי, אך שיטה זו דורשת בדרך כלל שימוש בתרכובות המקשרות חלבונים באמצעות אמינים ראשוניים המפוזרים באופן נרחב ברצף החלבון. ניתן ליצור דפוסי קישור צולבים מסובכים שקשה לפרש, במיוחד כאשר חלבונים מעניינים הם רכיבים של קומפלקסים מרובי חלבונים. יתר על כן, מכיוון שזרועות המרווח של מקשרים צולבים כימיים בדרך כלל עולות על 10 Å באורך, ניתן ליצור קשרים קוולנטיים עם חלבונים הממוקמים בסמיכות לחלבון המעניין אך אינם מקיימים איתו אינטראקציה ישירה. שיטות כגון כרומטוגרפיה של זיקה ומסכים דו-היברידיים שימושיות לעתים קרובות גם לזיהוי אינטראקציות חלבון-חלבון. הגישה הראשונה, לעומת זאת, דורשת שכפול תנאים המקדמים אינטראקציות משמעותיות מבחינה פיזיולוגית ולא ניתן להשתמש בהם כדי לזהות אינטראקציות חלשות. הגישה האחרונה דורשת שניתן יהיה לשכפל אינטראקציות קשירה באורגניזם המארח ולהישמר כאשר חלבון מעניין ושותפיו המחייבים ממוקמים בהקשר של חלבון היתוך. שיטות דו-היברידיות נוטות גם לייצר תוצאות חיוביות כוזבות2. לאחר שנוצרה אינטראקציה בין חלבון לחלבון, לעתים קרובות נדרשת עבודה ניכרת כדי למפות את אתר האינטראקציה. אולי החיסרון המשמעותי ביותר של הגישות המסורתיות הוא שהן אינן מספקות מידע על הרצף הטמפורלי של אינטראקציות בין-מולקולריות או על הקינטיקה של הקשירה.
מאמר זה מתאר שיטה פשוטה המתגברת על חלק מהמגבלות של גישות אחרות המשמשות לחקר אינטראקציות חלבון-חלבון. בתחילה, מוטציה בודדת של ענבר מוחדרת לגן המקודד חלבון מעניין. המוטציה הענברית מתבטאת לאחר מכן עם tRNA מדכא ענבר וסינתטאז אמינו אציל-tRNA שמקורו ב-Methanococcus jannaschii שתוכננו לשלב את חומצת האמינו האנלוגית הניתנת לפוטו-אקטיביות p-benzoylphenylalanine (Bpa) רק בקודון ענבר3. הקרנה של תאים עם אור אולטרה סגול (UV) באורך גל ארוך (~365 ננומטר) מקלה על היווצרות קשר קוולנטי בין Bpa לחלבונים שנמצאים בטווח של ~3-8 Å4,5. בהקשרים ניסיוניים מסוימים, יכולים להיווצר קישורים צולבים גם בין Bpa מופעל לבין רכיבים שאינם חלבונים של תאים כגון ליפידים וחומצות גרעין6. מולקולות המסתיימות בקודון הענבר צריכות בדרך כלל להיות ניתנות להבחנה בקלות מהחלבון באורך מלא ב-SDS-PAGE ולא ניתן לקשר אותן לחלבונים אחרים. על ידי הכפפת תאים לתיוג רדיו של דופק לפני קישור צולב ולאחר מכן משקעים חיסוניים או תוצרי קישור צולבים לטיהור זיקה, ניתן לקבוע את הרצף ומשך האינטראקציות בין חלבון לחלבון. היכולת לייצר מידע זמני על אינטראקציות בין-מולקולריות היא בעלת ערך במיוחד כדי לחקור את התקדמות החלבון המעניין דרך כל מסלול הרכבה רב-שלבי, סחר או איתות מסודר ולזהות מתווכים במסלול. בדומה לקישור צולב כימי, קישור צולב ספציפי לאתר מזהה אינטראקציות חלבון-חלבון המתרחשות בתנאים פיזיולוגיים, אך הכנסת קישור צולב במיקום יחיד מקלה על ניתוח האינטראקציות בין מקטעים בודדים של חלבון וגורמים אחרים. תכונה ייחודית זו של קישור צולב ספציפי לאתר היא יתרון במיוחד כאשר לחלבון המעניין יש מספר מקטעים או תחומים שיש להם פוטנציאל לקיים אינטראקציה עם שותפי קשירה מובחנים. יתר על כן, ניתן להשתמש בקישור צולב ספציפי לאתר בשילוב עם שיטות כגון ספקטרומטריית מסה כדי למפות את השאריות המתווכות אינטראקציות חלבון-חלבון בדיוק. למרות ששיטה זו מותאמת לשימוש ב- E. coli, דווח על שילוב של אנלוגים של חומצות אמינו הניתנות להפעלה פוטואקטיבית בחלבונים על ידי דיכוי ענבר בתאי מיקובקטריום, שמרים ויונקים7-11. לפיכך, באופן עקרוני ניתן להשתמש בשיטה שלנו במערכות אחרות.
השתמשנו בשיטה זו באופן נרחב כדי לזהות אינטראקציות בין-מולקולריות המקלות על הביוגנזה של EspP, גורם אלימות E. coli O157:H7. EspP הוא חבר במשפחת-על של חלבונים המכונה "טרנספורטרים אוטומטיים" המכילים תחום חוץ-תאי גדול N-terminal ("תחום נוסע") ותחום aC-terminal ("תחום b") המתקפל למבנה חבית b גלילי ומעגן את החלבון לממברנה החיצונית (OM)12. המנגנון שבאמצעותו מועבר תחום הנוסעים על פני ה-OM הוא תעלומה ארוכת שנים. כמו כל חלבוני פני התא החיידקי, EspP חייב להיות מועבר על פני הממברנה הפנימית, מועבר על פני הפריפלזמה (המרווח בין הממברנות הפנימיות והחיצוניות), וממוקד ל-OM בסדרה של אירועים מסודרים. לאחר הטרנסלוקציה שלו על פני ה-OM, תחום הנוסעים של EspP מופרד גם מתחום b על ידי מחשוף פרוטאוליטי ומשתחרר משטח התא. על ידי שילוב של קישור צולב ספציפי לאתר עם תיוג רדיו של דופק, הראינו ששני התחומים של החלבון מקיימים אינטראקציה ראשונית עם המלווה המולקולרי Skp בפריפלזמה6. לאחר מכן, מקטעים בדידים של תחום b מקיימים אינטראקציה באופן סטריאוספציפי עם רכיבים של הטרוליגומר הנקרא קומפלקס Bam, המזרז את השילוב של חלבוני חבית b לתוך ה-OM החיידקי על ידי מנגנון לא ידוע. אולי המעניין ביותר הוא שגילינו שתחום הנוסעים נמצא במגע עם אחת מיחידות המשנה המורכבות של Bam (BamA) כשהוא חוצה את OM13. התוצאות שלנו אפשרו לנו לבנות מודל מפורט להרכבת אוטוטרנספורטר14 והיו מעורבות במתחם ה-Bam בהובלת תחום הנוסעים על פני ה-OM.