Back to chapter

4.16:

Protein Ağı

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

Tek bir organizma, binlerce farklı protein içerebilir. Bu proteinlerin çoğu, işlevlerini yerine getirmek için diğer proteinlerle etkileşime girmelidir. Birçok proteinin birden fazla bağlanma ortağı vardır ve bu da karmaşık bir protein etkileşimleri ağıyla sonuçlanır.Biyokimyasal ve bilgisayarlı hesaplama yöntemleri dahil olmak üzere çeşitli laboratuvar teknikleri, bilim insanlarının bu protein ağlarını anlamalarına yardımcı olur. Afinite etiketleme, genellikle bir proteini diğer ilişkili moleküllerden ayırmak için kullanılan bir yöntemdir. Bir afinite etiketi, diğerlerinden ayrılması istenen proteine genetik olarak eklenen bir amino asit motifidir Bu etiket kullanılarak, hedef protein, birlikte olduğu diğer proteinlerden izole edilir.Etiketli protein ile etkileşime giren proteinler analiz edilerek, idantiteleri ve yeni etkileşimleri belirlenebilir. Bu bilinmeyen protein etkileşimlerini analiz etmenin bir yöntemi, proteinleri kısa segmentlere ayırmak ve amino asit dizilerini belirlemek için bir kütle spektrometresi ile analiz etmektir. Bu diziler, mevcut protein dizisi veritabanları ile karşılaştırılarak bilinmeyen ilişkili proteinler tanımlanabilir.Ek olarak, IntAct gibi ücretsiz olarak kullanılabilen veritabanları, karşılaştırma için dünya çapında araştırmacılar tarafından yüklenen protein-protein etkileşim verilerine sahiptir. Bilinmeyen bir proteinin moleküler etkileşimlerini tahmin etmek için, sayıları gitgide artan gelişmiş biyoinformatik araçlarıyla beraber diğer veritabanları da kullanılabilir. Bir hücredeki proteinler arasındaki bu etkileşimleri görselleştirmek için, protein-protein etkileşim ağı haritaları kullanılır.Daireler, belirli bir proteini temsil eden düğümlerdir. Çizgiler, bir proteini diğer etkileşen proteinlere bağlayan kenarlardır. Protein etkileşim haritaları incelenerek, protein işlevleri tahmin edilebilir.Bilinmeyen bir proteinin bağlantı kenarlarının etkileşim modeli başka bir düğümünkine benziyorsa, bu iki düğüm benzer şekilde davranabilir. Bazı düğümler, yüksek oranda bağlantılı merkezler olarak görünecektir;bunların araştırılması, hücre sağlığının korunması için temel mekanizmaların keşfedilmesine yol açabilir ve böylece ilaç geliştirilmesine yardımcı olabilir.

4.16:

Protein Ağı

Bir organizma binlerce farklı proteine sahip olabilir ve bu proteinler bir organizmanın sağlığını sağlamak için işbirliği yapmalıdır. Proteinler diğer proteinlere bağlanır ve işlevlerini yerine getirmek için kompleksler oluşturur. Birçok protein, karmaşık bir protein etkileşimleri ağı oluşturarak diğer birçok protein ile etkileşime girer.

Bu etkileşimler, düğümler ve kenarlar olarak temsil edilen protein-protein etkileşim ağlarını gösteren haritalar aracılığıyla temsil edilebilir. Düğümler, bir proteini temsil eden dairelerdir ve kenarlar, etkileşime giren iki proteini birbirine bağlayan çizgilerdir. Bu ağlar, bir sistemdeki protein-protein etkileşimlerinin karmaşıklığını görselleştirmenin bir yoludur. Bu haritalar, protein komplekslerinde oluşturulanlar gibi hem kararlı etkileşimleri hem de geçici etkileşimleri içerebilir. Bir hücrede, bir organizmada veya belirli bir biyolojik bağlamda meydana gelen protein etkileşimleri toplu olarak "interaktom" olarak adlandırılabilir.

Protein ağları çeşitli biyokimyasal ve hesaplama yöntemleri kullanılarak incelenebilir. Protein etkileşimlerini incelemenin ilk adımlarından biri ilgili proteini diğer ilişkili proteinlerle birlikte izole etmektir. Bu ilgilenilen proteini histidin etiketi gibi bir afinite etiketi ile etiketleyerek gerçekleştirilebilir. Bu etiket daha sonra afinite kromatografisi kullanılarak proteini diğer proteinlerle birlikte ayırmak için kullanılabilir. İzole edilmiş proteinler daha sonra tripsin gibi bir proteaz ile sindirilir ve daha sonra sıvı kromatografi-kütle spektrometresi (LC-MS) kullanılarak analiz edilir. Peptit kütlesi daha sonra kimliğini belirlemek için bilinen protein sekanslarına sahip bir veri tabanı ile karşılaştırılabilir.

Protein-protein etkileşimleri tahmin araçlarının yanı sıra veritabanları kullanılarak hesaplamalı şekilde analiz edilebilir. Deneysel olarak doğrulanmış ve tahmin edilen protein etkileşimlerinden oluşan EMBL-EBI tarafından yönetilen IntAct gibi çeşitli veritabanları vardır. Bu etkileşim ağlarını tahmin etmek için İsviçre Biyoinformatik Enstitüsü tarafından geliştirilen STRING gibi diğer araçlar kullanılabilir.

Protein ağlarının incelenmesi bilinmeyen bir proteinin işlevinin belirlenmesi gibi bilimsel keşiflere yol açabilir. Bu ağlardaki değişiklikleri incelemek sağlıklı ve hastalıklı hücreler arasındaki farkları aydınlatmaya yardımcı olabilir. Bu bilgi hastalıkların tedavisi için ilaç tasarımı gibi önemli uygulamalar için de kullanılabilir. Protein ağlarının analizi hücresel sağkalım için çok önemli olabilecek hücre ölümünün arzu edildiği kanser ve hastalıklarda hedeflenebilen ancak çoğu hastalık için uygun olmayan yüksek oranda bağlantılı düğümleri tanımlayabilir. Öte yandan belirli bir hücre fonksiyonu etkilenirse yalnızca birkaç spesifik yolla etkileşime giren daha az bağlı düğümler hedeflenebilir ve bu da daha az bağlı düğümlerle etkileşime giren ilaçların tasarlanması ile daha az yan etkiye yol açabilir.

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.