4.16: タンパク質ネットワーク

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。