Muster in der DNA zeigen Hunderte von unbekannten protein-Paarungen: Methode wird angewendet, um das menschliche Genom zu lernen mehr über, wie unsere Proteine interagieren Durchführung Biologischer Funktionen

Sequenzierung eines Genoms ist immer billiger, aber Sinn macht der resultierenden Daten bleibt hart. Forscher haben nun eine neue Methode gefunden, um nützliche Informationen zu extrahieren aus der sequenzierten DNA.

Durch die Katalogisierung subtile evolutionäre Signaturen geteilt zwischen Paaren von Genen in Bakterien, das team war in der Lage, entdecken Sie Hunderte von bisher unbekannten protein-Interaktionen. Diese Methode wird nun angewandt auf das menschliche Genom, und produzieren könnte neue Einblicke in die Funktionsweise der menschlichen Proteinen interagieren.

Das Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern an der University of Washington School of Medicine und der Harvard University. Ihr Bericht erscheint in der Juli-11-Ausgabe von Science.

„Protein-protein-Interaktionen sind grundlegend für die biologische Funktion. Es ist bemerkenswert, dass Sie kann jetzt vorhergesagt werden en masse mit den großen Mengen an genomischen Sequenzdaten generiert wurden, in den letzten Jahren,“, sagte senior Autor David Baker, professor für Biochemie an der University of Washington School of Medicine.

Zellen sind vollgepackt mit Proteinen, von denen viele müssen interagieren, um zu funktionieren. Dies kann bedeuten, zusammen kommen, um zu kopieren DNA oder bilden lange Fasern, wie Sie in Muskel. In vielen Fällen, die Wissenschaftler allerdings noch nicht wissen, welche Proteine interagieren. Entdecken Sie neue Paarungen kann langsam sein, umständlich und teuer.

Auf der Suche nach einem besseren Weg, ein team von vier computational Biologen untersucht ein Phänomen, genannt co-evolution, wobei Veränderungen in einem einzigen gen sind assoziiert mit Veränderungen in der anderen. Dies kann bedeuten, dass zwei Gene sind miteinander verknüpft in einigen wichtigen Weise.

Zum Beispiel, wenn ein gen mutiert, zu produzieren, ein protein mit einer veränderten Form, eine zweite kann sich weiterentwickeln, um zu produzieren ein protein mit einer Form komplementär zu den ersten und damit die Erhaltung der Fähigkeit der beiden Proteine interagieren.

In den letzten Jahren, Forscher fanden Beweise für einige dieser subtile molekulare Interaktionen in einem Organismus, der DNA.

„Co-evolution hat sich als nützlich erwiesen für das Verständnis, wie bestimmte Proteine interagieren, aber wir können es nun verwenden, als Werkzeug für die Entdeckung,“, sagte führen Autor Cong Qian, ein postdoctoral fellow an der UW School of Medicine.

Das research-team gegenüber mehr als 4.000 Genen aus E. coli zur DNA-Sequenzen von mehr als 40.000 weitere bakterielle Genome. Diese großen Vorrat an genetischen Informationen können die Forscher verwenden eine maßgeschneiderte statistische Modell zu beurteilen, co-evolution zwischen den einzelnen E. coli-gen.

Nach mehreren Runden Analyse, 1,618 Paare wurden gefunden, um den stärksten Beweis für co-evolution. Durch den Vergleich Ihrer Ergebnisse auf eine kleine Gruppe von bereits charakterisierten protein-protein-Interaktionen erzielten die Forscher eine deutlich höhere Genauigkeit als mit früheren experimentellen screening-Methoden.

Unter den neu entdeckten Interaktionen waren ein paar, die ein Hinweis auf neue biologische Erkenntnisse. Einer von diesen, die eine Interaktion zwischen einem protein-toxin und dessen antitoxin, kann erklären helfen, die Forscher spekulieren, warum einige E. coli Dominieren Ihre mikrobielle Nische. Ein weiteres neu entdecktes Paarung legt nahe, dass ein protein namens PstB, die bekannt war, zu spielen eine Rolle im Stoffwechsel, kann auch helfen, zu koordinieren, die Synthese von Proteinen und mineral-transport.

„Es ist selten, in Biologie für Sie ein software-tool, um Vorhersagen zu treffen, sind vielversprechend genug, um zu testen, aber das ist genau das, was hier passiert“, sagt Cong. Es gibt buchstäblich Hunderte von follow-up-Experimente könnten durchgeführt werden, in Labors überall auf der Welt.“

Das team durchforstet das Genom von Mycobacterium Tuberkulose, eine Krankheit Bakterium entfernt verwandt mit E. coli. Sie identifiziert 911 protein-protein-Interaktionen mit hohem Vertrauen. 95 Prozent von Ihnen hatten noch nie zuvor beschrieben. Siebzig beinhalten Proteine, die dazu beitragen können, die Virulenz von M. tuberculosis, berichten die Forscher. Diese Erkenntnisse können neue Wege öffnen, um die Entwicklung von Medikamenten gegen die tödliche Erreger.

„Wir werden dieses Werkzeug, um mehr Krankheitserreger, und das menschliche Genom“, sagt Cong. „Unser Erfolg wird davon abhängen, wie viel Arbeit andere Wissenschaftler stellen in Anmerkungen, welche Teile des Genoms sind Gene und welche Teile sind etwas anderes.“

Cong ist ein Washington Research Foundation Innovation Fellow. Diese Forschung verwendet Ressourcen des National Energy Research Scientific Computing Center.