Protein - proteinové interakce nastane, když dva nebo více proteinů vázat dohromady, nejčastěji vykonávat svou biologickou funkci. Mnoho z nejdůležitějších molekul, které v buňce pracují , jako je replikace DNA , je implementováno velkými molekulárními stroji, které jsou tvořeny velkým počtem proteinů organizovaných prostřednictvím interakcí protein-protein. Interakce mezi proteiny byly studovány z hlediska biochemie , kvantové chemie , molekulární dynamiky , biologické chemie, signální transdukce a další teorie metabolických a genetických / epigenetických grafů . Interakce proteinů a proteinů jsou srdcem celého interaktomického systému živé buňky.
Interakce mezi bílkovinami jsou důležité pro většinu genetických funkcí. Například signál přicházející z vnějšku buňky se přenáší uvnitř interakcí protein-protein molekul tvořících signál. Tento postup, nazývaný „ signální transdukce “, hraje zásadní roli ve většině biologických procesů a při mnoha onemocněních, jako je například rakovina . Proteiny mohou po dlouhou dobu interagovat za vzniku kousku proteinového komplexu, protein může transportovat další protein (například z cytoplazmy do jádra nebo naopak v případě importinu jaderných pórů ), nebo může protein krátce interagovat s jiným protein, pouze k jeho modifikaci (například proteinová kináza přidá fosfátový radikál k cílovému proteinu). Tato modifikace proteinu může sama o sobě změnit interakce protein-protein. Například některé proteiny s doménou SH2 se vážou na jiné proteiny pouze tehdy, když jsou fosforylovány na tyrosinu ( aminokyselině ), zatímco bromodoména specificky rozpoznává acetylované lysiny . Závěrem lze říci, že interakce protein-protein mají zásadní význam prakticky ve všech procesech živých buněk. Znalost těchto interakcí pomáhá zlepšit naše chápání nemocí a může položit základy pro nové terapeutické přístupy .
Protože interakce protein-protein mají velký význam, existuje řada metod, jak je studovat. Každá metoda má své výhody a nevýhody, zejména s ohledem na citlivost a specifičnost . Vysoká citlivost znamená, že bude detekováno mnoho existujících interakcí, zatímco vysoká specificita znamená, že většina detekovaných interakcí skutečně existuje. Metody, jako je dvojitý hybrid, umožní detekovat nové interakce protein-protein.
Molekulární struktura mnoha proteinových komplexů byla dekódována technikou rentgenové krystalografie, zatímco několik vysoce výkonných technik může pouze říci, že jeden protein interaguje s druhým. Molekulární struktura poskytuje jemné podrobnosti o specifických částech proteinu, které interagují, a jaké jsou typy chemických vazeb, které umožňují tuto interakci. Jednou z proteinových struktur, která byla nedávno dekódována, je struktura hemoglobinu od Maxe Ferdinanda Perutze a alter . Je to komplex čtyř proteinů: dvou alfa řetězců a dvou beta řetězců. Jak rostl počet struktur objevených pro proteinové komplexy, vědci začali studovat základní principy interakcí protein-protein. Pouze na základě tří struktur regulátoru inzulínu , komplexu inhibitoru pankreatického trypsinu a oxyhemoglobinu zjistili Cyrus Chothia a Joel Janin, že mezi 1130 a 1720 jsou povrchové čtverce ångströms- povrch odstraněny na povrchu. Kontakt s vodou naznačuje, že jejich hydrofobicita byla hlavní stabilizující faktor interakcí protein-protein. Následné studie upřesnily, že zmizená oblast většiny interakcí byla 1600 ± 350 ångströmsových čtverců. Byly však pozorovány mnohem větší interakční rozhraní ve spojení s důležitým konformačním přechodem jednoho z aktérů interakce.
Vizualizace sítí interakce protein-protein je klasickou aplikací vědeckých vizualizačních metod . Ačkoli jsou v publikacích běžné diagramy interakce s proteiny, diagramy sítí pro interakci proteinů s celými buňkami jsou stále vzácné kvůli vysoké úrovni složitosti, která znesnadňuje jejich generování. V roce 1999 vytvořil Kurt Kohn ručně diagram molekulárních interakcí řídících cyklus buňky. V roce 2000 zveřejnili Schwikowski, Uetz a Fields článek o interakcích protein-protein v kvasnicích a souvisejících 1548 interagujících proteinech, jak bylo stanoveno technikou dvojitého hybridu. Použili techniku kreslení vrstveného grafu k nalezení prvního umístění uzlů a poté ke zlepšení umístění použili rozložení založené na síle . Software Cytoscape je široce používán pro vizualizaci sítí interakce protein-protein.
Různé techniky identifikace proteinových interakcí umožnily definovat stovky tisíc interakcí. Tyto interakce jsou shromažďovány ve sbírkách specializovaných biologických databází, což umožňuje shromažďování a studium interakcí později. První z těchto databází byla DIP ( databáze interagujících proteinů ). Od té doby se objevilo mnoho sbírek jako BioGRID, String a ConsensusPathDB.