蛋白質很少獨立發揮作用，而是與其他蛋白質交互作用以執行各種細胞功能。
研究蛋白質交互作用，能夠為各種不同的生物作用提供重要的深入見解。
蛋白質交互作用的重要性
蛋白質會促進細胞中的大多數生物作用。包括基因表現、細胞生長、增殖、營養吸收、形態、活動力、細胞間訊息傳遞和細胞凋亡。
蛋白質表現是對各種刺激做出反應的動態過程。特定蛋白質不一定會為某些任務做出表現或活化。細胞的蛋白質表現也各有不同，這會讓研究人員在合適的生物背景中執行的蛋白質功能研究變得複雜。不過，若能仔細地研究和分析，即可克服這些挑戰。
在 1990 年代晚期之前，蛋白質功能分析主要集中於個別的蛋白質。但是，由於大多數蛋白質必須與其他蛋白質交互作用才能發揮功用，我們應在有交互作用配偶體的背景中研究蛋白質。人類基因組的發表，以及蛋白質體學的發展，使得蛋白質交互作用的相關知識愈顯重要，也讓識別生物網路、瞭解蛋白質在細胞內功能之研究成為關鍵。
不同類型的蛋白質交互作用
重要的蛋白質交互作用類型包括：
- 蛋白質配體交互作用
- 蛋白質 DNA 交互作用
- 蛋白質交互作用 (PPI)
在蛋白質交互作用中，蛋白質會與其他蛋白質交互作用以執行特定細胞功能。
研究蛋白質交互作用的理由
幾乎所有生物作用都涉及一或多種 PPI，所以研究這些交互作用有助於我們瞭解這些過程中相互作用的分子機制，包括：
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- 細胞訊息傳遞
- 許多生物作用，如細胞生長、分化和凋亡，都由蛋白質交互作用的複雜信號網路規範。研究這些交互作用，研究人員可以瞭解癌症等疾病的訊息傳遞路徑，並且開發破壞或干涉這些路徑的標靶療法。
- 酵素酶活動
- 酵素酶通常會與其他蛋白質以複合物的形式發揮作用，而蛋白質交互作用對於催化活性十分重要。瞭解這些交互作用可以闡明酵素酶調節、受質特異性與代謝途徑，有助於藥物開發與代謝工程。
- 基因調節
- 轉錄因子和調節蛋白，通常會形成複合物來控制基因表現。研究與基因調節相關的蛋白質交互作用，可以揭露轉錄控制中的關鍵參與者，並且深入分析與基因表現失調相關的疾病，如糖尿病和神經退化性疾病。
- 蛋白質運輸與定位
- 蛋白質交互作用掌管蛋白質在細胞內的細胞內運輸和定位。解析這些交互作用，能讓研究人員揭露胞器標定、囊泡運輸和蛋白質分類的機制，這些都是十分重要的細胞原狀恆定與功能機制。
- 結構生物學
- 蛋白質交互作用有助於合成具備特定結構和功能的大分子複合物。運用 X 光晶體學與冷凍電子顯微術等技術，可以找出這些複合物的結構。這些分析提供其作用機制的原子級深入見解，並且為合理的藥物設計提供助力。
- 疾病機制
- 蛋白質交互作用機能失常會造成許多疾病，包括神經退化性疾病、自體免疫性疾病和傳染病。研究這些交互作用，可讓研究人員識別潛在的標靶治療目標，並開發出破壞有害交互作用或穩定有益交互作用的藥物。
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如何測量蛋白質交互作用
研究者可使用數種實驗技巧來研究蛋白質交互作用，每種方法都有獨特的優勢與現制。各個研究所能提供的深入分析資料，取決於選擇使用的分析方法。
廣泛使用的部分 (非全部) PPI 分析方法包括：
| 方法 | 說明 | Malvern Panalytical 儀器 |
|---|---|---|
| 核磁共振 (NMR) 光譜 | NMR 光譜提供原子級結構資訊，顯示結合後的蛋白質構型變化詳細資訊。 | -- |
| 並列親和層析法-質譜儀 (TAP-MS) | TAP 提供純化的蛋白質複合體，可使用質譜儀 (MS) 分析，繪製蛋白質交互作用地圖。 | -- |
| 光柵耦合干涉技術 (GCI) | 這項免標記、即時的表面型技術，能讓研究人員快速並準確地測量動力速率、判斷親和力，以及監控濃度，即使是生物流體等原始樣本中交互作用配體分子濃度較低的情況下依然可順利作業。 | |
| 表面電漿共振法 (SPR) | SPR 可以即時監控感測晶片表面的蛋白質交互作用，精準測定結合動力學與親和力。SPR 是免標記技術，使用的材料相對少量。這可對蛋白質交互作用進行精確、準確的分析。 | -- |
| 等溫滴定量熱法 (ITC) | ITC 測量結合過程中釋放或吸收的熱量，提供瞭解交互作用機制的重要熱力學資訊。 | |
| 鄰近技術： | ||
| 示差掃描量熱法 (DSC) | DSC 測量蛋白質的熱穩定性，對於穩定性研究、生物相似性評估，以及批次對批次的可比較性評估非常實用。DSC 測量熱穩定性的方法是監控在固定速度加熱時，分子的變性熱變化。 | |
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電泳光散射技術 (ELS)
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ELS 測量粒子遷移率與電荷。DLS 測量在分散系統中，直徑從次奈米到數微米的顆粒大小。結合這些技術，可更全方位地瞭解蛋白質交互作用，在開發特定分子交互作用的介入性措施時非常實用。 | |
使用 Malvern Panalytical 儀器測量的蛋白質交互作用範例
Malvern Panalytical 儀器已用於多項 PPI 的研究中。以下是部分範例：
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- 植物細胞膜受體激酶
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使用光柵耦合干涉技術 (GCI) 與 WAVEsystem，探索數種植物受體與其配體之間的結合，以及輔助受體 (SERK3) 的功用。當各受體與其各自配體具有明顯不同的結合親和力時，SERK3 胞外域會以相似的結合動力學，結合與配體相關的受體。
- 細胞激素與其模擬物
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使用 GCI 與 WAVEsystem 分析合成的細胞表面受體「受體模擬物」之交互作用，這些受體模擬物通常具有藥物標靶價值。
- 電壓門控鈣離子通道 (Cav) 交互作用
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MicroCal 的等溫滴定量熱法 (ITC) 證明改變蛋白質的骨幹可以改變電壓門控鈣離子通道中的蛋白質交互作用。
- 胜肽基礎的蛋白質交互作用抑制劑 (ITC)
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本文檢視 ITC 搭配其他技術以研究抑制蛋白質交互作用的拘束胜肽特性。
