O interacțiune proteină - proteină apare atunci când două sau mai multe proteine se leagă împreună, cel mai adesea pentru a-și îndeplini funcția biologică. Multe dintre cele mai importante molecule care funcționează în celulă , cum ar fi replicarea ADN , sunt implementate de mașini moleculare mari care sunt alcătuite dintr-un număr mare de proteine organizate prin interacțiuni proteină-proteină. Interacțiunile dintre proteine au fost studiate din punct de vedere al biochimiei , chimiei cuantice , dinamicii moleculare , chimiei biologice, transducției semnalelor și a altor teorii ale graficelor metabolice și genetice / epigenetice . Interacțiunile proteină-proteină se află în centrul întregului sistem interactiv al celulei vii.
Interacțiunile dintre proteine sunt importante pentru majoritatea funcțiilor genetice. De exemplu, un semnal care vine din exteriorul celulei este transmis în interior prin interacțiuni proteină-proteină ale moleculelor care constituie semnalul. Această procedură, numită „ transducție de semnal ”, joacă un rol fundamental în majoritatea proceselor biologice și în multe boli, cum ar fi cancerul , de exemplu. Proteinele pot interacționa pentru perioade lungi de timp pentru a forma o bucată dintr-un complex proteic, o proteină poate transporta o altă proteină (de exemplu de la citoplasmă la nucleu sau invers în cazul importinilor porilor nucleari ) sau o proteină poate interacționa pe scurt cu o altă proteină, doar pentru ao modifica (de exemplu, o protein kinază va adăuga un radical fosfat la o proteină țintă). La rândul său, această modificare a proteinei poate modifica interacțiunile proteină-proteină. De exemplu, unele proteine cu un domeniu SH2 se leagă de alte proteine numai atunci când sunt fosforilate pe tirozină ( aminoacid ) în timp ce bromodomeniul recunoaște în mod specific lizinele acetilate . În concluzie, interacțiunile proteină-proteină sunt de cea mai mare importanță în practic toate procesele celulare vii. Cunoașterea acestor interacțiuni ne ajută să ne îmbunătățim înțelegerea bolilor și poate pune bazele pentru noi abordări terapeutice .
Deoarece interacțiunile proteină-proteină sunt de o mare importanță, există o serie de metode pentru a le studia. Fiecare metodă are avantajele și dezavantajele sale, în special în ceea ce privește sensibilitatea și specificitatea . Sensibilitate ridicată înseamnă că multe dintre interacțiunile existente vor fi detectate, în timp ce specificitatea ridicată înseamnă că majoritatea interacțiunilor detectate există de fapt. Metode precum hibridul dublu vor face posibilă detectarea de noi interacțiuni proteină-proteină.
Structura moleculară a multor complexe proteice a fost decodificată prin tehnica cristalografiei cu raze X, în timp ce mai multe tehnici cu randament ridicat pot spune doar că o proteină interacționează cu alta. Structura moleculară oferă detalii fine despre părțile specifice ale proteinei care interacționează și care sunt tipurile de legături chimice care permit această interacțiune. Una dintre structurile proteice care a fost decodificată recent este cea a hemoglobinei de către Max Ferdinand Perutz și altele . Este un complex de patru proteine: două lanțuri alfa și două lanțuri beta. Pe măsură ce numărul structurilor descoperite pentru complexele proteice a crescut, cercetătorii au început să studieze principiile care stau la baza interacțiunilor proteină-proteină. Bazându-se exclusiv pe cele trei structuri ale regulatorului de insulină , complexul inhibitor al tripsinei pancreatice și oxihemoglobina , Cyrus Chothia și Joel Janin au descoperit că între 1130 și 1720 pătratele de suprafață ångströms sunt îndepărtate la suprafață. Contactul cu apa indică faptul că hidrofobicitatea lor a fost principalul stabilizator. factorul interacțiunilor proteină-proteină. Studiile ulterioare au specificat că aria dispărută a majorității interacțiunilor a fost de 1600 ± 350 ångströms-pătrate. Cu toate acestea, au fost observate interfețe de interacțiune mult mai mari în asociere cu o tranziție conformațională importantă a unuia dintre actorii interacțiunii.
Vizualizarea rețelelor de interacțiune proteină-proteină este o aplicație clasică a metodelor științifice de vizualizare . Deși diagramele de interacțiune cu proteinele sunt comune în publicații, diagramele rețelelor de interacțiune cu celule întregi sunt încă rare din cauza nivelului ridicat de complexitate care le face dificil de generat. În 1999, Kurt Kohn a produs manual diagrama interacțiunilor moleculare care controlează ciclul unei celule. În 2000, Schwikowski, Uetz și Fields au publicat o lucrare privind interacțiunile proteină-proteină în drojdie și 1.548 de proteine care interacționează, determinate de tehnica hibridă dublă. Au folosit tehnica de desenare a graficelor stratificate pentru a găsi o primă plasare a nodurilor și apoi au folosit un aspect bazat pe forță pentru a îmbunătăți plasarea. Software- ul Cytoscape este utilizat pe scară largă pentru vizualizarea rețelelor de interacțiune proteină-proteină.
Diferitele tehnici de identificare a interacțiunilor proteice au făcut posibilă definirea a sute de mii de interacțiuni. Aceste interacțiuni sunt colectate în colecții de baze de date biologice specializate, care permit interacțiunilor să fie colectate și studiate ulterior. Prima dintre aceste baze de date a fost DIP ( baza de date a proteinelor care interacționează ). De atunci au apărut multe colecții, cum ar fi BioGRID, String și ConsensusPathDB.