生物は何千もの異なるタンパク質を持つことができ、これらのタンパク質は生物の健康を確保するために協力する必要があります。タンパク質は他のタンパク質と結合し、複合体を形成してその機能を果たします。多くのタンパク質は、他の複数のタンパク質と相互作用し、タンパク質相互作用の複雑なネットワークを形成します。
これらの相互作用は、ノードとエッジとして表されるタンパク質間相互作用ネットワークを描いたマップで表すことができます。ノードはタンパク質を表す円であり、エッジは相互作用する2つのタンパク質を接続する線です。これらのネットワークは、システム内のタンパク質間相互作用の複雑さを視覚化する方法を提供します。これらのマップには、タンパク質複合体で形成されるような安定な相互作用と、一過性の相互作用の両方を含めることができます。細胞、生物、または特定の生物学的状況で発生するタンパク質相互作用は、総称して「インタラクトーム」と呼ぶことができます。
タンパク質ネットワークは、さまざまな生化学的および計算的方法を使用して研究できます。タンパク質相互作用を研究する最初のステップの1つは、目的のタンパク質を他の関連タンパク質とともに単離することです。これは、目的のタンパク質にヒスチジンタグなどのアフィニティータグをタグ付けすることで実行できます。このタグは、アフィニティークロマトグラフィーを使用して、タンパク質を他のタンパク質とともに分離するために使用できます。次に、単離されたタンパク質をトリプシンなどのプロテアーゼで消化し、液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS)を使用して分析します。次に、ペプチド質量を既知のタンパク質配列を持つデータベースと比較して、その同一性を決定できます。
計算的には、タンパク質間相互作用は、データベースや予測ツールを使用して分析できます。EMBL-EBIが管理するIntActなど、実験的に検証され予測されたタンパク質相互作用からなる様々なデータベースがあります。スイスバイオインフォマティクス研究所のSTRINGのような他のツールを使用して、これらの相互作用ネットワークを予測できます。
タンパク質ネットワークの研究は、未知のタンパク質の機能を決定するなど、科学的な発見につながる可能性があります。これらのネットワークの変化を調べることで、健康な細胞と病気の細胞の違いを解明することができます。タンパク質ネットワークの解析により、細胞の生存に重要な可能性のある高度に結合したノードを特定できます。これは、細胞死が望まれるがほとんどの疾患には適さないがんや疾患の標的にすることができます。一方、特定の細胞機能が影響を受ける場合、少数の特定の経路としか相互作用しない結合性の低いノードが標的となる可能性があり、これらの結合性の低いノードと相互作用する薬剤を設計することで、副作用が少なくなる可能性があります。
1つの生物には何千種類ものタンパク質が含まれている可能性があり、これらのタンパク質のほとんどは、その機能を果たすために他のタンパク質と相互作用する必要があります。
多くのタンパク質は複数の結合パートナーを持っているため、タンパク質相互作用の複雑なネットワークが形成されます。
生化学的方法と計算的方法の両方を含むさまざまな実験技術は、科学者がこれらのタンパク質ネットワークを理解するのに役立ちます。
アフィニティータギングは、タンパク質を他の相互作用分子とともに単離するためによく使用される方法です。アフィニティータグは、目的のタンパク質に遺伝的に付加されるアミノ酸モチーフです。このタグは、標的タンパク質をそれに関連する他のタンパク質とともに単離するために使用できます。
タグ付きタンパク質と相互作用するタンパク質を解析して、その同一性と新規な相互作用を判断できます。
これらの未知のタンパク質相互作用を解析する方法の一つは、タンパク質を短いセグメントに分解し、質量分析計で解析してアミノ酸配列を決定することです。これらの配列は、既存のタンパク質配列データベースと比較して、未知の関連タンパク質を同定することができます。
さらに、IntActなどの無料で利用できるデータベースには、世界中の研究者がアップロードしたタンパク質間相互作用データがあり、比較が可能です。他のデータベースは、増え続ける高度なバイオインフォマティクスツールと組み合わせることで、未知のタンパク質の分子相互作用を予測するために使用できます
タンパク質間相互作用ネットワークマップは、細胞内のタンパク質間のこれらの相互作用を視覚化するために使用されます。円は特定のタンパク質を表すノードであり、線はタンパク質を他の相互作用タンパク質に接続するエッジです。
タンパク質相互作用マップを調べることは、タンパク質の機能を予測するのに役立ちます。未知のタンパク質のエッジをつなぐ相互作用パターンが別のノードと類似している場合、これら2つのノードは同様に振る舞う可能性があります。
一部のノードは高度に接続されたハブとして現れ、その研究は細胞の健康を維持するための基本的なメカニズムの発見につながり、それによって医薬品開発に役立つ可能性があります。
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