【正文】 像。 酵母蛋白質(zhì)相互作用組：蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)圖譜 ? 為了全面的了解在分子水平上的細(xì)胞活動(dòng)，蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)相互作用的研究是必不可少的。為了確定基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)的新蛋白的功能，一個(gè)重要的功能基因組學(xué)策略是，通過(guò)與功能已知的蛋白的相互作用來(lái)區(qū)分新蛋白 。 ? 蛋白質(zhì)與其他生物分子的相互作用也可以提供關(guān)于其功能的一些假說(shuō)和啟示。這是很重要的，因?yàn)槿绻蠹s 40%的 S. cerevisiae蛋白在真核細(xì)胞的進(jìn)化中是保守的闡明酵母的蛋白質(zhì)相互作用組（所有蛋白質(zhì)相互作用圖譜）可以為更復(fù)雜的真核生物的蛋白質(zhì)組提供部分的框架。傳統(tǒng)的研究大規(guī)模的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)相互作用圖譜的方法是酵母雙雜交系統(tǒng)?，F(xiàn)在高通量和超靈敏的質(zhì)譜方法開始用來(lái)識(shí)別酵母中的多蛋白復(fù)合物 計(jì)算機(jī)顯示蛋白 蛋白的相互作用網(wǎng)絡(luò) ? 利用計(jì)算機(jī)圖像手段顯示蛋白質(zhì)相互聯(lián)系的研究，強(qiáng)調(diào)了酵母中蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和聯(lián)系性 。 ? 酵母的綜合作用圖譜是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息繪制的，可以幫助我們了解已知和未知的蛋白的功能關(guān)系 。 ? 人們意外的發(fā)現(xiàn)一個(gè)龐大的酵母蛋白相互作用的網(wǎng)絡(luò)包括了由 2358個(gè)蛋白質(zhì)相互作用聯(lián)系起來(lái)的 1548個(gè)蛋白 。 ? 第二大的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)只有 19個(gè)蛋白。 ? 大的作用圖譜中的蛋白（ 1548個(gè)）在膜融合、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、脂類代謝和細(xì)胞應(yīng)激性中都發(fā)揮功能 。 ? 不同的功能團(tuán)體和亞細(xì)胞空間之間有許多交叉聯(lián)系和相互作用。在巨大的網(wǎng)絡(luò)中，功能和細(xì)胞定位已知的蛋白多通過(guò)蛋白之間的相互作用聯(lián)系起來(lái)，這種聯(lián)系的 63%發(fā)生在行使普通功能的蛋白之間， 76%發(fā)生在位于同一個(gè)亞細(xì)胞空間的蛋白之間 。 ? 一般亞細(xì)胞空間之間的相互作用發(fā)生在核與細(xì)胞質(zhì)蛋白之間，但在蛋白質(zhì)相互作用圖譜中也能顯示出核與線粒體之間的潛在的相互關(guān)系。 ? 之蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的模型化和可視化是用來(lái)預(yù)測(cè)我們還不了解的蛋白質(zhì)的功能的非常有用的工具 。 用質(zhì)譜分析酵母的多蛋白復(fù)合體 蛋白質(zhì)陣列，對(duì)蛋白質(zhì)復(fù)合體的超敏感、高通量的質(zhì)譜分析技術(shù)的出現(xiàn)極大的拓展了我們對(duì)酵母蛋白質(zhì)相互作用組的認(rèn)識(shí)。酵母雙雜交方法的局限性在于它探測(cè)到兩個(gè)蛋白的相互作用，卻不能研究更高水平上整個(gè)功能組織。真核生物的蛋白質(zhì)組可以看作是許多蛋白多聚復(fù)合物的網(wǎng)絡(luò)，這些復(fù)合物在組織的水平上行使功能，超越了兩兩之間的相互作用。目前質(zhì)譜被應(yīng)用于蛋白質(zhì)組水平上蛋白復(fù)合體的直接識(shí)別上。 ? 利用 Flag表面抗原標(biāo)記的免疫親和單步驟純化方法可以用來(lái)獲得一組酵母的“獵物”蛋白，包括 100個(gè)蛋白激酶、 36個(gè)磷酸酶和調(diào)節(jié)亞單位，以及 86個(gè)細(xì)胞對(duì) DNA損傷反應(yīng)中起作用的蛋白 。 ? 多蛋白復(fù)合體可以被免疫沉淀，每個(gè)蛋白成分可以用 SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳分離，用染色方法顯示出來(lái)并可以通過(guò)割膠回收得到。割膠得到的蛋白的酪蛋白酶消化產(chǎn)物首先用 MS進(jìn)行分析，然后通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)搜索算法對(duì)蛋白進(jìn)行識(shí)別 。 ? 許多亞細(xì)胞空間（如，細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞骨架、核、核仁、細(xì)胞膜、線粒體和液泡）的蛋白復(fù)合物都是利用 HMSPCI識(shí)別。除此之外，通過(guò)對(duì)酵母基因組序列的信息學(xué)分析，人們預(yù)測(cè)了一些功能還未確定的蛋白的存在，而運(yùn)用 HMSPCI，許多蛋白（ 531個(gè)）均被識(shí)別為這些蛋白的組成成分。 ? 酵母蛋白質(zhì)組在較高水平上的組織圖譜有兩個(gè)主要的主題：（ 1）復(fù)合物的成分可以處于動(dòng)態(tài)變化中，（ 2）大多復(fù)合物不僅僅通過(guò)物理上的相互作用聯(lián)系在一起，還具有共同的調(diào)節(jié)方式，分布特點(diǎn)，更新或結(jié)構(gòu) 。 ? 總之，質(zhì)譜技術(shù)可能特別適用于多蛋白復(fù)合體的解析，而綜合的雙雜交方法則不適合。比較不同的數(shù)據(jù)，說(shuō)明與大規(guī)模的雙雜交研究相比， HMSPCI方法在探測(cè)已知的多蛋白復(fù)合體時(shí)成功率平均要高 3倍 。 ? MS的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以檢測(cè)到含量低的蛋白，這些蛋白通常只能用表達(dá)蛋白質(zhì)組學(xué)的方法被識(shí)別?？傊?，利用 MS得到的相互作用高水平的圖譜可能更好地反映酵母相互作用組的復(fù)雜性 。 5 模式真核生物的比較基因組學(xué) ? 自由生活的線蟲 Caenorhabditis elegans的全基因組序列的確定是第一個(gè)真核多細(xì)胞生物的基因組 。 ? Caenorhabditis elegans的九千七百萬(wàn)個(gè)堿基的基因組序列中含有 19717個(gè)預(yù)測(cè)的編碼蛋白質(zhì)的基因，其中只有 1877個(gè)基因已經(jīng)進(jìn)行了經(jīng)典的遺傳學(xué)和生化研究 。 ? 雖然線蟲基因組比人類基因組（ 3000Mb和31000個(gè)預(yù)測(cè)基因）小 30倍，但Caenorhabditis elegans基因的數(shù)量只比人類的少 。 通過(guò)大量的關(guān)于Caenorhabditis elegans的研究，發(fā)現(xiàn)其生命活動(dòng)的許多方面在非脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物中是保守的。 ? 鑒于 理性，它已成為理想的研究功能基因組學(xué)的模式生物 。 ? 大約 40%的 因具有 DNA序列同源性，所以關(guān)于它的研究對(duì)我們了解其他后生動(dòng)物（多細(xì)胞動(dòng)物）的生命活動(dòng)具有潛在的意義。 同源性及差異 ? 。通過(guò)識(shí)別同源蛋白（即通過(guò)垂直遺傳從同一個(gè)祖先進(jìn)化來(lái)的蛋白，它們具有相同的細(xì)胞功能）和共有或獨(dú)特的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域， Chervitz及其合作者們對(duì)線蟲和酵母的全蛋白質(zhì)組進(jìn)行了計(jì)算機(jī)比較分析 。 ? 人們驚奇的發(fā)現(xiàn)，酵母和線蟲有很大一部分的基因具有明顯的，一對(duì)一的同源關(guān)系：線蟲具有 2497個(gè)酵母 ORFs（酵母全部ORFs的 40%）的同源物，酵母具有 3653個(gè)線蟲 ORFs（線蟲全部 ORFs的 19%）的同源物 。 ? 兩個(gè)生物許多核心生命活動(dòng)都有同源（密切相關(guān)）蛋白來(lái)執(zhí)行。 ? 酵母和線蟲中保守的核心生物功能包括，中間代謝、 DNA和 RNA代謝、蛋白質(zhì)折疊和降解以及轉(zhuǎn)運(yùn)和分泌。其中一些同源基因?qū)?，如?xì)胞周期蛋白依賴性的激酶家族中的酵母 CDC28和線蟲 ncc1，已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)在體內(nèi)可以互換而不影響功能，所以是功能性保守的 。 ? 另外，線蟲和酵母基因集中在 DNA依賴性的 RNA聚合酶基因簇中和 HSP70熱休克蛋白的大基因簇中。兩個(gè)模式基因組的比較分析也揭示了 108個(gè)酵母線粒體蛋白在 。 ? 這些同源蛋白對(duì)在線粒體多種活動(dòng)中具有功能，如 TCA循環(huán)、電子傳遞、脂類代謝、氨基酸生物合成 、 中間代謝、膜轉(zhuǎn)運(yùn)、蛋白修飾、 RNA代謝和蛋白合成。 ? 由比較基因組學(xué)研究得出的一個(gè)重要的推論是，不同的生物如酵母和線蟲可以具有相同的核心生物功能，而且在酵母和線蟲中保守的蛋白可能在整個(gè)真核生物界都具有蛋白同源物。 ? 一個(gè)重要的引起人們興趣的問(wèn)題在于對(duì)決定多細(xì)胞生命的功能的理解。什么樣的蛋白序列和結(jié)構(gòu)域參與了特定的細(xì)胞活動(dòng)，這些活動(dòng)是多細(xì)胞生物特有的，并可能對(duì)多細(xì)胞生命的起源有作用。 ? 在對(duì)酵母和線蟲的預(yù)測(cè)蛋白的計(jì)算機(jī)比較研究中， Chervitz及其合作者發(fā)現(xiàn)，許多參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)節(jié)控制特定活動(dòng)的已知或者預(yù)測(cè)的基因在酵母中沒(méi)有同源物，但有時(shí)這些基因含有酵母和線蟲中共有蛋白結(jié)構(gòu)域的編碼序列。多細(xì)胞生物特有的生命活動(dòng)，如基因表達(dá)調(diào)控和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，都是由特定的蛋白質(zhì)進(jìn)行的，這些蛋白與負(fù)責(zé)核心活動(dòng)的蛋白有顯著的差異 。 ? 線蟲和酵母蛋白質(zhì)的比較分析揭示了一些范例，如創(chuàng)造新的結(jié)構(gòu)域、可利用具有特殊信號(hào)傳導(dǎo)功能的蛋白，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)域重排（ domain shuffling）并對(duì)這些變化進(jìn)行復(fù)制。 ? 此外，多細(xì)胞生命的復(fù)雜程度與相對(duì)少但很重要的一組調(diào)控和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)域有關(guān)，這些結(jié)構(gòu)域只能在 ，在。 果蠅、線蟲和酵母的比較基因組學(xué) ? 有研究報(bào)道從細(xì)胞、發(fā)育和進(jìn)化過(guò)程的角度比較了 D. melanogaster、 。運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息學(xué)方法確定了果蠅、線蟲和酵母的核心蛋白質(zhì)組，核心蛋白質(zhì)組是一個(gè)生物中眾多的不同類型的蛋白質(zhì)家族 。 ? 復(fù)雜的線蟲 D. melanogaster的核心蛋白質(zhì)組（ 8065種蛋白）只是簡(jiǎn)單的單細(xì)胞真核生物酵母（ 4383種蛋白）的核心蛋白質(zhì)組的 2倍。另外，果蠅和線蟲在發(fā)育和形態(tài)上的巨大差異并非因?yàn)樗鼈兒诵牡鞍踪|(zhì)組的大小的不同（分別為 8065和 9453種蛋白）。事實(shí)上，這是在基因組比較研究中出現(xiàn)的一個(gè)主要的問(wèn)題，不同的線蟲的復(fù)雜程度并不是通過(guò)擁有成比例的更多的基因或者分子成分來(lái)達(dá)到的。 ? 研究 發(fā)現(xiàn)果蠅、線蟲和酵母共同擁有一組蛋白，這組蛋白很可能在所有的真核細(xì)胞中行使基礎(chǔ)功能。將近 20%的 D. melanogaster蛋白，在 。 ? 另外， 744個(gè)蛋白家族或結(jié)構(gòu)域是 3種生物共同擁有的。果蠅和線蟲中的多結(jié)構(gòu)域蛋白被認(rèn)為比起酵母的相應(yīng)蛋白復(fù)雜得多。 ? 識(shí)別的多結(jié)構(gòu)域蛋白（分別是 2130和 2261），而相比之下酵母擁有很少的多結(jié)構(gòu)域蛋白（ 672）。這個(gè)差異很大一部分因?yàn)閰⑴c信號(hào)傳導(dǎo)途徑（即，細(xì)胞 細(xì)胞和細(xì)胞 基質(zhì)的相互作用）的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域的存在，而這是多細(xì)胞生物的特點(diǎn) 。 ? 基因組比較研究發(fā)現(xiàn)了一類類胰島素（ S1）肽酶在果蠅中很多（ 199個(gè) S1肽酶），而在線蟲和酵母中分別只有 7個(gè)和 1個(gè)。在人類中，胰島素相關(guān)的肽酶有多種功能，如多個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑和消化作用，在果蠅中它們的功能可能是相似的。 ? 人們推測(cè)，計(jì)算機(jī)比較基因組分析將在多個(gè)重要方向上改進(jìn)我們對(duì)多細(xì)胞生命分子基礎(chǔ)的理解。這些計(jì)算機(jī)研究也可以為我們?cè)O(shè)計(jì)生化和遺傳實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)，來(lái)驗(yàn)證在基因組水平上觀察到的差異所具有的生物意義 。 謝 謝 ?