分享一篇發(fā)表在Nature Chemical Biology上的文章Massively parallel measurement of protein–protein interactions by sequencing using MP3-seq。文章的通訊作者是來自斯洛文尼亞盧布爾雅那大學Ajasja Ljubetic?助理教授和美國華盛頓大學的Georg Seelig教授。
識別或者設計蛋白-蛋白相互作用（PPI）能夠幫助理解這些蛋白參與的相關生物學過程，而一些正交的PPI還提供了通過調節(jié)PPI來進行治療或者細胞改造的工具。早期的PPI研究設計主要關注單螺旋結構蛋白之間的相互作用（1x1s），而近期也有針對包含多個螺旋結構的更復雜的異二聚體之間的相互作用（2x2s）的研究。目前，已有多種方法實現對這些相互作用的檢測，比如在實驗上基于酵母雙雜交（Y2H）的Alpha-seq方法，以及在計算模擬上基于AlphaFold2或者AlphaFold-Multimer等模型的虛擬篩選方法。在本文中，作者設計了一種基于下一代測序和Y2H的高通量方法MP3-seq來檢測蛋白結構之間的相互作用，證明了它在檢測多種相互作用類型上的有效性可靠性，同時利用AF-M等模型預測MP3-seq的結果，提供了一種在實驗以及計算上進行PPI篩選的新策略。MP3-seq利用了傳統(tǒng)的Y2H系統(tǒng)和下一代測序技術實現PPI的檢測。在實驗上，需要用來檢測PPI的質粒庫轉染酵母，并使每一酵母僅帶有一個質粒以便后續(xù)篩選。質粒上面包含了待測蛋白A和A’的序列信息，他們分別和DNA結合結構域（DBD）或轉錄活化結構域融合（AD）融合表達。當待測蛋白之間存在相互作用時，DBD和AD共同驅動下游必需基因的表達，使攜帶這一質粒的酵母得以生存。最后，測序技術能夠幫助識別質粒上待測蛋白A和A’及其融合區(qū)域的對應序列。在分析時，作者會計算得到每一對PPI的富集情況，先將Y2H中不依賴目標蛋白相互作用的自動激活劑組合排除，之后將不同重復的結果利用DESeq2軟件包進行處理并取LOG2，得到了PPI的LFC值。此外，作者將A和A’會分別融合在DBD和AD區(qū)域的兩種融合情況看作兩種不同的PPI形式，從而得到兩個偽重復，并用DESeq2軟件包處理得到一個偽重復LFC（P-LFC）。這些LFC和P-LFC的數據幫助后續(xù)識別真正的PPI。作者在已知的一組1x1s的12個蛋白形成的配體相互作用上對MP3-seq的性能進行測試，發(fā)現LFC和P-LFC都可以很好的反應已知的相互作用；同時，P-LFC和此前測定的Kd值之間有比較好的相關性。作者又在更為復雜的Bcl-2家族6種蛋白及9種de novo抑制劑的相互作用組中上進行測試，這一組此前是由Alpha-seq和生物膜干涉法表征的，而MP3-seq也能夠很好的進行識別這些相互作用并提供結合信息。后續(xù)，作者在更復雜的異二聚體（DHDs）的相互作用庫中測試利用MP3-seq進行大規(guī)模篩選的可行性。這一庫中的成員均為三螺旋或者四螺旋結構，被中間的氫鍵相互作用網絡連接，同時還存在螺旋發(fā)夾結構；庫中337個蛋白最終形成了超過11000組相互作用。作者根據幾次重復結果計算了P-LFC，并設計了相關的評分函數來尋找到其中正交相互作用子集。進一步，作者希望使用MP3-seq結果對mALb8的相互作用進行具體分析，這一組蛋白是2x2s的異二聚體，兩個單體之間有三組氫鍵。通過設計不同類型的截斷體并利用MP3-seq比較他們的相互作用，作者對其中氫鍵網絡的重要性進行了研究，并成功設計了新的兩組正交結合對。最后，作者還使用了AlphaFold2和AlphaFold-Multimer預測單獨1x1或者2x2類型相互作用，并訓練了新的模型來預測這些相互作用的MP3-seq LFC值，這可能給相互作用預篩選和后續(xù)實驗設計提供幫助。總之，本文提供了一種能夠對蛋白質-蛋白質相互作用進行大規(guī)模并行測量的工具MP3-seq。文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41589-024-01718-x原文引用：https://doi.org/10.1038/s41589-024-01718-x
