Nature：新研究深入揭示酵母的蛋白-蛋白相互作用网络

早在 20 世纪 60 年代，Stanley Milgram的开创性实验“六度分隔（Six Degrees of Separation）”就证明了人与人之间惊人的紧密联系。如今，在一项新的研究中，德国马克斯-普朗克生物化学研究所的Matthias Mann教授领导的一个研究团队证实我们细胞中的蛋白也同样紧密相连。这一发现是蛋白研究领域向前迈出的决定性一步，代表了对有机体蛋白-蛋白相互作用网络的首次全面认识。相关研究结果于2023年11月15日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“The social and structural architecture of the yeast protein interactome”。

Milgram在 20 世纪 60 年代进行的那项著名实验表明，人们平均仅通过六种人际关系认识对方。最近对脸书等社交网络的分析表明，我们之间的联系比最初设想的还要紧密，我们之间平均只有四次半的“握手”。

想象一下，我们细胞中的每一种蛋白都是一个巨大社交网络中的节点，就像社会中的个体一样。就像社会中的人与人之间一样，蛋白之间的联系和交流至关重要。更重要的是，这些相互作用决定了我们的蛋白能否正常发挥其功能和完成其任务，从而决定了我们能否保持健康。

为了研究这些相互作用以及由此在我们体内形成的网络，科学家们迄今所掌握的方法还很不全面。因此，要对蛋白的社交网络进行深入分析并获得有意义的结果几乎是不可能的。

渔夫的方法

为了深入研究这个蛋白社交网络，这些作者采用了一种创新方法，可以从该网络中筛选出单个节点，并研究它们与哪些其他节点相互作用。这种方法的首字母缩写为 AP-MS，它将质谱分析（mass spectrometry）与亲和纯化（affinity purification）结合在一起，可以说是从所有蛋白的海洋中捞出要研究其关系的目标蛋白。

与靶蛋白直接相互作用的蛋白的亲和力也会导致它们被拉出来。然后，质谱仪可以精确地测量哪些蛋白参与其中。这样，这些蛋白就能被确定为目标蛋白的直接相互作用伙伴。

就像渔夫根据自己喜欢的猎物选择鱼饵一样，这些组着用小型荧光蛋白（鱼竿）标记目标蛋白（鱼饵），然后由抗体充当垂钓者，拖着其他蛋白（鱼）从蛋白质组（海洋）中拉出来。

最小投入，最大产出

在这项新的研究中，这些作者成功地将以前 4 升的大量细胞材料减少到了 1.5 毫升。由于活细胞在体外培养中生长需要一定的时间，这项研究中的这种新方法能够更快、更精确地研究细胞中的蛋白相互作用网络。因此，这种新的工作流程能提供更深入的结果，并以更少的细胞投入和更短的时间绘制出蛋白结构图。

深入的相互作用组网络，并突出新的相互作用。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06739-5。

这项新的研究强调了酵母作为模式生物的关键作用，因为它与人类具有可比性。虽然酵母是自然界中最简单的生命形式之一，但它们与我们共享重要的细胞功能。酵母菌的分子相互作用表明，绝大多数蛋白都紧密相连，每种蛋白平均形成 16 种关系，它们之间只有大约 4 次 “握手”。因此，这些蛋白似乎与我们人类在社交网络中的行为一样具有社会性。

在健康和疾病中

论文第一作者André Michaelis解释说，“为了弄清病变细胞究竟在哪里出了问题，了解健康细胞中的蛋白是如何相互作用的至关重要。在我们的研究中，我们发现了许多蛋白之间的新联系，这些联系也出现在人体细胞中，并与癌症或亨廷顿舞蹈病等疾病相关。”

论文通讯作者Matthias Mann总结说，“我们的研究结果让我们对细胞的蛋白相互作用网络有了前所未有的了解。我深信，我们发现的连接和相互作用在未来治疗由蛋白相互作用缺陷引起的疾病方面将起到至关重要的作用。这是一个令人兴奋的项目，它的研究结果是非常详细的。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

André C. Michaelis et al. The social and structural architecture of the yeast protein interactome. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06739-5.

Research dives into the social network of proteins
https://phys.org/news/2023-11-social-network-proteins.html