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(xué)Ajasja Ljubetic?助理教授和美國華盛頓大學(xué)的Georg Seelig教授。
識別或者設(shè)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(guān)生物學(xué)過程，而一些正交的PPI還提供了通過調(diào)節(jié)PPI來進(jìn)行治療或者細(xì)胞改造的工具。早期的PPI研究設(shè)計主要關(guān)注單螺旋結(jié)構(gòu)蛋白之間的相互作用（1x1s），而近期也有針對包含多個螺旋結(jié)構(gòu)的更復(fù)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(shí)現(xiàn)對這些相互作用的檢測，比如在實(shí)驗(yàn)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(shè)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(jié)構(gòu)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(yù)測MP3-seq的結(jié)果，提供了一種在實(shí)驗(yàn)以及計算上進(jìn)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(shù)實(shí)現(xiàn)PPI的檢測。在實(shí)驗(yàn)上，需要用來檢測PPI的質(zhì)粒庫轉(zhuǎn)染酵母，并使每一酵母僅帶有一個質(zhì)粒以便后續(xù)篩選。質(zhì)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(jié)合結(jié)構(gòu)域（DBD）或轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域融合（AD）融合表達(dá)。當(dāng)待測蛋白之間存在相互作用時，DBD和AD共同驅(qū)動下游必需基因的表達(dá)，使攜帶這一質(zhì)粒的酵母得以生存。最后，測序技術(shù)能夠幫助識別質(zhì)粒上待測蛋白A和A’及其融合區(qū)域的對應(yīng)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(biāo)蛋白相互作用的自動激活劑組合排除，之后將不同重復(fù)的結(jié)果利用DESeq2軟件包進(jìn)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(fù)，并用DESeq2軟件包處理得到一個偽重復(fù)LFC（P-LFC）。這些LFC和P-LFC的數(shù)據(jù)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(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)LFC和P-LFC都可以很好的反應(yīng)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(guān)性。作者又在更為復(fù)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(jìn)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(jìn)行識別這些相互作用并提供結(jié)合信息。后續(xù)，作者在更復(fù)雜的異二聚體（DHDs）的相互作用庫中測試?yán)肕P3-seq進(jìn)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(jié)構(gòu)，被中間的氫鍵相互作用網(wǎng)絡(luò)連接，同時還存在螺旋發(fā)夾結(jié)構(gòu)；庫中337個蛋白最終形成了超過11000組相互作用。作者根據(jù)幾次重復(fù)結(jié)果計算了P-LFC，并設(shè)計了相關(guān)的評分函數(shù)來尋找到其中正交相互作用子集。進(jìn)一步，作者希望使用MP3-seq結(jié)果對mALb8的相互作用進(jìn)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(shè)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(wǎng)絡(luò)的重要性進(jìn)行了研究，并成功設(shè)計了新的兩組正交結(jié)合對。最后，作者還使用了AlphaFold2和AlphaFold-Multimer預(yù)測單獨(dú)1x1或者2x2類型相互作用，并訓(xùn)練了新的模型來預(yù)測這些相互作用的MP3-seq LFC值，這可能給相互作用預(yù)篩選和后續(xù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計提供幫助。總之，本文提供了一種能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用進(jìn)行大規(guī)模并行測量的工具M(jìn)P3-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
