Back to chapter

4.16:

شبكات البروتين

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Protein Networks

Languages

Share

كائن حي واحد يمكن أن يحتوي على آلاف من البروتينات المختلفة. ولابد أغلب هذه البروتينات أن تتفاعل مع البروتينات الأخرى من أجل أداء وظائفها. والعديد من البروتينات لديها مشاركين مترابطين متعددين الذي ينتج عنه شبكة معقدة من تفاعلات البروتين.تقنيات مختبرية متنوعة،بما فيها الطرق الكيمائية الحيوية والحسابية, تساعد العلماء على فهم شبكات البروتين هذه. علامة التجاذب هو أسلوب غالبًا يُستخدم لعزل البروتين موجود مع أي جزيئات أخرى متفاعلة. علامة التجاذب هي نمط تتابع فى الأحماض الأمينية والذى يضاف جينيا إلى بروتين موضع الإهتمام.يمكن استخدام هذه العلامة لعزل البروتين المستهدف فى وجود بروتينات أخرى مرتبطة به. البروتينات المتفاعلة مع البروتين االذى به علامة يمكن تحليلها لتحديد هويتهم والتفاعلات المستحدثة. إحدى طرق تحليل تفاعلات البروتين الغير معروفة هذه 00:01:00.710 00:01:03.200 هو كسر البروتينات إلى مقاطع قصيرة والتحليل باستخدام جهاز قياس الطيف الكتلي لتحديد تسلسلات الحمض الأمينى.يمكن مقارنة هذه التسلسلات إلى قواعد بيانات تسلسلات البروتين الحالي لتحديد البروتينات المرتبطة غير المعروفة. بالإضافة إلى ذلك،تتوفر قواعد بيانات مجانا, مثل إنتاكت, تحتوي على بيانات تفاعل بروتين مع البروتين محملة من قبل الباحثين متوفرة في جميع أنحاء العالم للمقارنة. قواعد بيانات أخرى, مقترنة بعدد متزايد من الأدوات المعلوماتية الحيوية المتقدمة, يمكن استخدامها لتوقّع التفاعلات الجزيئية من بروتين غير معروف.الخرائط شبكة لتفاعل البروتين مع البروتين. 00:01:42.120 00:01:45.570 تُستخدم لتصور هذه التفاعلات بين البروتينات في الخلية. الدوائر هي عقد تمثل بروتين معين.والخطوط هي حواف التي تربط بروتين ما ببروتينات آخرى متفاعلة. فحص خرائط البروتين المتفاعلة يمكنها المساعدة في التوقع بوظائف البروتين. إذا تشابه نمط تفاعل بروتين مجهول فى حواف التوصيل لعقدة أخرى،00:02:08.229 00:02:11.830 هاتان العقدتان قد يتصرفا على نحو مماثل.ستظهر بعض العقد كـمحور عالى التوصيل, الدراسة الخاصة بها قد تؤدى الى اكتشاف الآليات الأساسية للحفاظ على صحة الخلية،وبالتالي المساعدة فى تطوير العقاقير.

4.16:

شبكات البروتين

يمكن أن يحتوي الكائن الحي على آلاف البروتينات المختلفة، ويجب أن تتعاون هذه البروتينات لضمان صحة الكائن الحي. ترتبط البروتينات ببروتينات أخرى وتشكل مجمعات لأداء وظائفها. تتفاعل العديد من البروتينات مع عدة بروتينات أخرى مما يؤدي إلى تكوين معقد. شبكة تفاعلات البروتين.

يمكن تمثيل هذه التفاعلات من خلال الخرائط التي تصور شبكات تفاعل بروتين-بروتين، والتي يتم تمثيلها على شكل عقد وحواف. العقد عبارة عن دوائر تمثل البروتين، والحواف عبارة عن خطوط تربط بروتينين متفاعلين. توفر هذه الشبكات طريقة لتصور مدى تعقيد تفاعلات بروتين-بروتين في النظام. يمكن أن تتضمن هذه الخرائط كلاً من التفاعلات المستقرة، مثل تلك التي تشكلت في مجمعات البروتين، فضلاً عن التفاعلات العابرة. يمكن أن يطلق على تفاعلات البروتين التي تحدث في خلية أو كائن حي أو سياق بيولوجي محدد اسم ‘التفاعل التفاعلي’.

يمكن دراسة شبكات البروتين باستخدام طرق حسابية وكيميائية حيوية مختلفة. تتمثل إحدى الخطوات الأولى في دراسة تفاعلات البروتين في عزل بروتين مهم إلى جانب البروتينات الأخرى المرتبطة به. يمكن القيام بذلك عن طريق وضع علامة على البروتين المعني بعلامة تقارب، مثل علامة هيستيدين. يمكن بعد ذلك استخدام هذه العلامة لفصل البروتين مع البروتينات الأخرى باستخدام كروماتوغرافيا التقارب. ثم يتم هضم البروتينات المعزولة بالبروتياز، مثل التربسين، &#160؛ ثم تم تحليلها باستخدام الكروماتوغرافيا السائلة مع جهاز مطياف الكتلة (LC-MS). يمكن بعد ذلك مقارنة كتلة الببتيد بقاعدة بيانات ذات تسلسلات بروتينية معروفة لتحديد هويتها.

من الناحية الحسابية، يمكن تحليل تفاعلات بروتين-بروتين باستخدام قواعد البيانات بالإضافة إلى أدوات التنبؤ. هناك العديد من قواعد البيانات، مثل IntAct التي تديرها EMBL-EBI، والتي تتكون من تفاعلات البروتين التي تم التحقق منها تجريبياً والمتوقعة. يمكن استخدام أدوات أخرى مثل STRING بواسطة المعهد السويسري للمعلوماتية الحيوية للتنبؤ بشبكات التفاعل هذه.

يمكن أن تؤدي دراسة شبكات البروتين إلى اكتشافات علمية، مثل تحديد وظيفة بروتين غير معروف. يمكن أن يساعد فحص التغييرات في هذه الشبكات في توضيح الاختلافات بين الخلايا السليمة والمريضة. يمكن أيضاً استخدام هذه المعلومات للتطبيقات الحاسمة مثل تصميم الأدوية لعلاج الأمراض. & # 160؛ يمكن لتحليل شبكات البروتين تحديد العقد شديدة الترابط التي قد تكون ضرورية لبقاء الخلية، والتي يمكن استهدافها في السرطان والأمراض التي يكون فيها موت الخلايا مرغوباً ولكنه قد يكون غير مناسب لمعظم الأمراض. من ناحية أخرى ، قد يتم استهداف العقد الأقل ارتباطاً التي تتفاعل فقط مع عدد قليل من المسارات المحددة إذا تأثرت وظيفة خلية معينة، وقد يؤدي تصميم الأدوية التي تتفاعل مع هذه العقد الأقل ارتباطاً إلى آثار جانبية أقل.

Suggested Reading

  1. Alberts et al., 6th edition; pages 166-169
  2. Morris, J. H., Knudsen, G. M., Verschueren, E., Johnson, J. R., Cimermancic, P., Greninger, A. L., & Pico, A. R. (2014). Affinity purification–mass spectrometry and network analysis to understand protein-protein interactions. Nature protocols, 9(11), 2539.
  3. Ottman, C. (2013). Protein–protein interactions: an overview. Protein–Protein Interactions In Drug Discovery.
  4. Jordán, F., Nguyen, T. P., & Liu, W. C. (2012). Studying protein–protein interaction networks: a systems view on diseases. Briefings in functional genomics, 11(6), 497-504.
  5. Berggård, T., Linse, S., & James, P. (2007). Methods for the detection and analysis of protein–protein interactions. Proteomics, 7(16), 2833-2842.
  6. Gingras, A. C., Gstaiger, M., Raught, B., & Aebersold, R. (2007). Analysis of protein complexes using mass spectrometry. Nature reviews Molecular cell biology, 8(8), 645.