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撰文 | 十一月
责编 | Qi
#原创作者专属任务#
虽然细胞中的遗传物质是固定的，但它的蛋白质组可以通过灵活地适应外部和内部的环境而进行变化，促进形态和功能的多样性，从而驱动多细胞生命中细胞类型和功能的多样性。尽管蛋白质组非常重要，但是想要得到一个完整的蛋白质相互作用组图谱仍然存在诸多挑战，比如蛋白存在不同的亚型、不同的翻译后修饰、不同的表达水平等。
2021年5月6日，来自美国哈佛大学医学院Steven P. Gygi研究组与J. Wade Harper研究组在Cell杂志上合作发表题为Dual proteome-scale networks reveal cell-specific remodeling of the human interactome的文章，通过对两种不同细胞类型之间大规模的蛋白质相互作用组的比较分析揭开了蛋白质组的功能网络的变化特征。
通过实验室先前的研究，作者们曾经从胚胎肾脏组织来源的HEK293T细胞中得到两个版本较为初级蛋白质相互作用组，但是其中只有一部分人类蛋白被分析过，而且也只是在单一背景下对其进行了分析【1, 2】。为了进一步提高蛋白质相互作用组的分析，作者们采用了一个双向的系统。首先，作者们在293T细胞中诱饵蛋白增加一倍，利用亲和纯化质谱（Affinity-purification mass spectrometry，AP-MS）产生了BioPlex 3.0相互作用图谱（图1）。其次，作者们在另外的细胞系中对所有的诱饵蛋白的亲和纯化质谱实验进行重复。在此实验中，作者们使用的是结肠癌来源的HCT116细胞系（图1）。293T细胞与HCT116细胞系的联合蛋白质相互作用组的研究显著增加了对于人类蛋白质相互作用的认识。
为了提供更有意义的见解，作者们首先对建立的BioPlex 3.0相互作用图谱网络的对于人类细胞中蛋白质相互作用情况进行检测，该图谱必须忠实地反映蛋白质的相互作用。为此，作者们将得到的蛋白质网络与CORUM复合物网络【3】进行比较。CORUM是一个提供人工管理的数据库，主要存储哺乳动物的实验特征蛋白复合物，主要是67%人类、15%小鼠以及10%的大鼠蛋白质复合物的信息【3】。作者们发现293T细胞与HCT116细胞系的联合蛋白质相互作用图谱中与CORUM网络有着较高的匹配度。比较后作者们发现，在293T细胞中检测到的相互作用网络中有75%是富集的，该匹配度远超过之前的相互作用数据库。进一步地，作者们又对293T细胞中的999个诱饵蛋白的亲和纯化质谱结果进行重复，重复的中位数为60%。这些结果说明，该相互作用网络的覆盖率提升且准确度较高。
随后，作者们对来分别来自293T细胞与HCT116细胞系的核心蛋白质复合体的结果进行比较，其中有50%相互作用组在两个网络之间是共享的。其中比如外泌体与COP9信号小体是几乎完全相同的，因为这些复合体是细胞生命所必须的，因此是比较稳定也不随细胞系的改变而发生改变。两种细胞系之间蛋白质相互作用网络的不同，是因为细胞本身的不同。比如293T细胞系特异性的蛋白质组主要富集与胚胎和神经系统发育相关的蛋白，因这与该细胞系来自于胚胎肾脏以及肾上腺相关【4】，而结直肠癌来源的HCT116细胞中特异性的蛋白主要是与细胞粘附和钙粘蛋白结合相关的蛋白质组。
作者们还对进化对于生物系统的影响进行了检测，主要的衡量方式是通过蛋白质进化年龄进行比较，作者们发现进化上最古老的蛋白比年轻的蛋白相互作用的重叠率要高6倍。另外，作者们还对复合物、信号通路以及蛋白家族的相互作用网络进行了总结，发现这与细胞的种类和表型有很大的相关性。在293T细胞与HCT116细胞系之间，最清晰的差异便是在TP53上的差异。TP53信号调控细胞周期进程和DNA修复，其功能的破坏会驱动癌症的发展以及病毒感染【5】。在HCT116细胞系中，TP53并未受到干扰，而在293T细胞中TP53的信号在腺病毒转化过程中被破坏【4】。而这一特性也造成两种细胞系中相关蛋白的相互作用网络、表达量以及磷酸化水平的不同。
总的来说，该工作提供了一个新颖的、高覆盖率、超大规模的蛋白质相互作用网络图谱（图2），并且利用两种不同的细胞系为蛋白质组的调控以及动态变化提供了可比较的平台以及新的见解。未来，这些工作将为蛋白质相互作用景观提供更多更详尽的补充发现。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.04.011
参考文献
1. Huttlin, E. L. et al. The BioPlex Network: A Systematic Exploration of the Human Interactome. Cell 162, 425-440, doi:10.1016/j.cell.2015.06.043 (2015).
2. Huttlin, E. L. et al. Architecture of the human interactome defines protein communities and disease networks. Nature545, 505-509, doi:10.1038/nature22366 (2017).
3. Giurgiu, M. et al. CORUM: the comprehensive resource of mammalian protein complexes-2019. Nucleic Acids Research47, D559-d563, doi:10.1093/nar/gky973 (2019).
4. Stepanenko, A. A. & Dmitrenko, V. V. HEK293 in cell biology and cancer research: phenotype, karyotype, tumorigenicity, and stress-induced genome-phenotype evolution.Gene 569, 182-190, doi:10.1016/j.gene.2015.05.065 (2015).
5. Hafner, A., Bulyk, M. L., Jambhekar, A. & Lahav, G. The multiple mechanisms that regulate p53 activity and cell fate. Nature reviews. Molecular cell biology20, 199-210, doi:10.1038/s41580-019-0110-x (2019).