研究生讲座蛋白质相互作用..pptVIP

蛋白质相互作用生物信息学分析及预测 生物信息学教研室 生物芯片中心 赵雨杰 21世纪初生命科学的重大分支学科和发展趋势 80年代有远见的生物学家把分子生物学（包括分子遗传学）、细胞生物学、神经生物学与生态学列为当前生物科学的四大基础学科，无疑是正确地反映了现代生命科学的总趋势。遗传学（主要是分子遗传学）不仅当前是生物科学的带头学科，在今后多年还将保持其在生命科学中的核心作用。 分子生物学 分子生物学是研究组成生物本身的重要物质： 核酸、蛋白质和酶的结构和功能、合成和代谢、 表达和调控以及它们之间的相互作用， 以此来揭示生命的本质， 是生命科学研究的前沿和核心。 研究蛋白质的相互作用是研究生课题研究的重要内容之一。 研究蛋白相互作用的意义 蛋白质是生命功能的执行者，也是生命现象的直接体现者，对蛋白质结构和功能的研究将直接阐明生命在生理或病理情况下的变化机制，而蛋白质功能的实现离不开蛋白质与蛋白质或蛋白质与其他生物大分子之间的相互作用。蛋白质的相互作用以细胞结构、生化活性和能动行为为基础。 蛋白质间的相互作用是实现功能的基础，细胞进行生命活动过程是蛋白质在一定时空下的相互作用的结果。 相互作用的蛋白质的含义： 参与同一个代谢途径（Metabolic pathway）或生物学过程（Biological process）；属于同一个结构复合物（Structural complex）或分子机制（Molecular machine）的元件。它们之间可以发生“物理”上的接触，也可以不接触，而仅是遗传上关联。 研究蛋白质间相互作用的最终目标： 建立模式细胞系统中全部蛋白质相互作用的网络，即蛋白质相互作用组（Interactome），这将为研究蛋白质的其它功能及细胞的全局特征构筑一个框架。 由于蛋白质相互作用网络的破坏和失稳，可能引发细胞功能障碍，因此，蛋白质相互作用网络的建立有助于发展网络动态模型，寻找合适的药物作用靶点，将为新药开发提供理论依据。 蛋白质间相互作用研究的实验技术 近年来用于蛋白质间相互作用研究的先进分析技术： 酵母双杂交系统、 荧光共振能量转移技术、 表面等离子体共振技术、 蛋白质芯片技术。 酵母双杂交系统 酵母双杂交系统（ Yeast two-hybrid system）由Fields和Song （Natrue ，1989 年）首创，是建立在对真核转录激活因子认识的基础上。真核转录激活因子包括两个功能结构域：一个是与上游激活序列（ Upstream activating sequence，UAS ）结合的DNA 结合结构域（DNA-binding domain ，BD ）；另一个是DNA激活结构域（DNA Activation domain ，AD ）。 将目的蛋白的基因转入带有BD 结构域的质粒载体中，并把其转入酵母细胞中表达一个融合蛋白—诱饵蛋白（Bait ）；把要筛选的 cDNA文库中所有基因片段克隆至带有 AD结构域的另一质粒载体中，表达另一个杂交蛋白—靶蛋白（ Prey ）。然后共转化酵母菌或是通过两个单倍体酵母菌融合，在选择性缺陷培养基上筛选，通过对报告基因表型的鉴定来确定两个蛋白是否存在相互作用。 荧光共振能量转移技术 荧光共振能量转移（Fluorescence resonance energy transfer，FRET ）理论由 Forster于1984 年提出，是指两个荧光发色基团在足够靠近时，若供体分子吸收一定频率的光子后被激发到更高的电子能态，当该电子回到基态时，可通过偶极子相互作用，实现能量向邻近的受体分子转移，即发生能量共振转移。 FRET技术能够定时、定量、定位、无损伤地检测活细胞内两个蛋白质间的相互作用，但细胞内复杂的生命活动常常是通过两个以上分子之间相互作用实现的，如何检测这种多分子间的动态作用机制是当今分子生物学研究面临的一个难题。为满足这种需求，研究人员提出了一种三色荧光的二步级联FRET （2-step FRET ）技术，作为一种新兴技术，它能检测活细胞内3 个生物分子间的相互作。 表面等离子体共振技术 表面等离子体共振（Surface plasmon resonance ，SPR）技术是瑞典Phamacia 公司在20 世纪 90 年代开发的生物传感技术，其基本原理是，当一束平面单色偏振光以一定角度入射到镀有薄层金膜的玻璃表面发生全反射时，如入射光的波向量与金膜内表面电子的振荡频率匹配，光线则耦合入金膜引发电子共振，即表面等离子体共振，其中电子吸收入射光线能量后达到最小反射光强度时所对应的入射光角度被称为SPR 角。 将探针或配体