protein-protein interactions, protein binding, alternative splicing, sequence similarity, linear motifs, paralogs, orthologs
megadott besorolás
Bioinformatika (Orvosi és Biológiai Tudományok Kollégiuma)
100 %
zsűri
Genetika, Genomika, Bioinformatika és Rendszerbiológia
Kutatóhely
Molekuláris Élettudományi Intézet (HUN-REN Természettudományi Kutatóközpont)
projekt kezdete
2009-04-01
projekt vége
2012-05-31
aktuális összeg (MFt)
6.624
FTE (kutatóév egyenérték)
2.27
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A bioinformatika-rendszerbiológia homlokterében néhány évvel ezelőtt (az ilyen jellegű nagy áteresztő képességű kísérletes rendszerek elterjedésével párhuzamosan) megjelent a fehérje-fehérje kölcsönhatások vizsgálata, mint a fehérje funkciójának feltárásához alapvetően szükséges információ.
A fehérje-fehérje kölcsönhatások létrejöhetnek globuláris fehérjedoménok vagy rövid lineáris peptid-szegmensek vagy ezek valamilyen kombinációja között. Míg számos domén-domén kölcsönhatást leírtak és jellemeztek már az irodalomban, csak viszonylag kevés információ ismert a lineáris motívumokról, melyek általában rendezetlen fehérjékben vagy (globuláris fehérjék ill. doménekben taláható) rendezetlen peptid szegmenseken találhatók. Ez utóbbiakból jelenleg 133 található az ELM (elm.eu.org) adatbázisban, amely az egyik legátfogóbb ilyen jellegű gyűjtemény, bár ennél nyilván nagyságrendekkel több kötőhely-mintázat létezik a valóságban, különösen a többsejtű élőlényekben, ahol a fehérje-fehérje kölcsönhatások száma ugrásszerűen megnő az evolúció során.
A pályázatban leírt kutatás során egyrészt új kötőhelyek azonosítása a cél, másrészt a meglévőek előfordulásának gyakorisága alternatív splice variánsok és paralógok kötődési affinitása közötti különbségek alapján. Az alapötlet nagyon leegyszerűsítve a következő: 1. ha két nagyon hasonló fehérje (paralógok vagy alternatív splicing variánsok) szekvenciája között van egy kicsi, de jól definiált különbség, amely a vizsgálatok szerint a fehérje felszínén található (pl. egy 6-8 aminosav hosszú peptid darab beszúródása az egyik fehérjébe) és az őket kötő fehérjék is konzisztens módon különböznek (pl. két faj között ugyanúgy), akkor nagy valószínűséggel a kötődésbeli különbség a szekvencia különbségnek (beszúródásnak) tulajdonítható.
angol összefoglaló
In recent years studies of protein-protein interactions have become one of the focal points of bioinformatics/system biology, in accordance with the appearance of high-throughput experiments aiming at discovering protein-protein interactions on a large/genomic scale.
Protein-protein interactions might exist between globular domains or short linear motifs or some combination of the two. While many interactions between globular domains are known and have been described in the literature, only relatively little is known about linear motifs. These latter are often found in disordered proteins or disordered segments of otherwise ordered, globular proteins/domains. The most extensive collection of such linear motifs is ELM (Eukaryotic Linear Motifs, website: elm.eu.org) and it contains only 132 such motifs as of writing (Feb, 2008). Apparently, there are many more (possibly by several orders of magnitude) such motifs in reality, waiting to be discovered. They are particularly abundant in metazoan organisms due to the fast evolution of proteins and also protein-protein interactions in these organisms.
The aims of the research to be described here are the following: 1. identification of new binding sites/linear motifs , 2. studying the conservation of protein-protein interactions in different organisms (orthologs) and same organism but proteins with different functions (paralogs), 3. alternative splicing as the facilitator of switching on/off different protein-protein interactions in different environment (e.g. different tissues). The basic idea of the planned research is the following: if we have information about the difference in protein interactions between two paralogs/orthologs/splice variants we can attribute the difference in binding to the difference in the protein sequence/structure. If these differences are well-defined both in terms of the interactions and the protein sequences, they can be easily related to one another.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A cél alternativ splicing (AS) által módositott kötőhelyek feltárása volt. Ebből a célból a fehérje-fehérje kölcsönhatásokat (kh) tartalmazó IntAct adatbázist vizsgáltam. A legkézenfekvőbb azoknak a variánsoknak a vizsgálata, amelyeknek negativ kontrollja is megtalálható volt az adatbázisban (amikor kifejezetten páros kh hiányát rögzitették a vizsgálatok). Ilyen esemény, ill. izoformapár 8 volt az Intactban, melyeket részletes analizisnek alávetve azt találtuk, hogy 6 esetben az AS által eliminált részben található volt olyan kötőhely, melyek hiánya okozhatta a minor izoformák eltérő kötési tulajdonságait.
E szűk adatmennyiség miatt további koncepciókat vezettünk be. Az egyik a kötőhelyek feltárása mellett az AS-nál található rendezetlenség és hidrofób felszín vizsgálata volt: az utóbbi meghatározó szerepet játszik az alternatívan szerkesztődő fehérjék túlélési esélyeit illetően: a túlzott mennyiségű hidrofób felszín kialakulása jelentősen lecsökkenti azt.
Továbbiakban a rendezetlenség, a fehérje-fehérje kh és az organizmus ill. a különböző szövetek komplexitása közötti összefüggéseket vizsgáltuk. Azt találtuk, hogy az AS, a fehérje-kötőhelyek száma és a rendezetlenség növekszik az organizmus komplexitásával, utóbbi csak a prokarióták és eukarióták között.
Ezután a nemi kromoszómákon kódolt fehérjék nagyobb rendezetlenségét és a fehérje-fehérje kh-ok eloszlását vizsgáltuk. Megállapítottuk, h a kh-ok száma az X és Y-kódolt fehérjékben kisebb, mint az autoszómákon.
kutatási eredmények (angolul)
The goal was to study protein-protein interactions (ppi) in alternatively spliced (AS) proteins. For this we explored the IntAct database. We set out to investigate those ppi-s where the lack thereof in AS variants were also known. However, we found only 8 such pairs of isoforms. In 6 cases the AS eliminated binding sites, which might have caused the different behavior of the AS variants.
Due to this limited data set we introduced new concepts:
1. Besides the ppi we also studied the disorder and hydrophobic surface of AS proteins. We found that extreme amount of surface hydrophobicity decreases the viability of AS proteins.
2. We studied the relationship between protein disorder, ppi and the complexity of organisms and individual human tissues. We found that the number of ppi-s and disorder both increase with complexity but the latter only between prokaryotes and eukaryotes.
3. We studied the increased disorder of proteins coded on the sex chromosomes in mammals. We found that the protein–protein interactions show a non-random chromosomal distribution, the X, and especially the Y chromosome-coded proteins have the lowest overall frequency for interactions but the largest bias towards intra-chromosomal interactions.
