Interacciones proteína

Report
Capturando el
interactoma:
creación y análisis de
bases de datos de
interacciones
moleculares
Pablo Porras Millán, scientific curator
[email protected]
EMBL-EBI
¿Por qué estudiar el interactoma?
Lazebnik, Biochemistry (Mosc). 2004, PMID: 15627398
EMBL-EBI
EMBL-EBI
Undoubtedly Most
Important
Component
Really Important
Component
Most Important
Component
Serendipitiously
Recovered
Component
EMBL-EBI
El modelo del biólogo
Un modelo que se ajusta a la realidad
EMBL-EBI
European Institute of Bioinformatics
EMBL-EBI
Tipos de datos registrados en el EBI
Bibliografía
Genomas
Secuencias de proteínas
Proteomas
Secuencias de nucleótidos
Estructura de proteínas
Expresión génica
Familias, motivos y
dominios proteicos
Sustancias químicas
Interacciones
proteína-proteína
Sistemas
Rutas biológicas
EMBL-EBI
Un par de definiciones…
Interacciones proteína-proteína (IPPs): contactos físicos y selectivos
que ocurren entre pares de proteínas en determinadas regiones
moleculares y en un contexto biológico definido.
Interactoma: Conjunto de interacciones proteína-proteína que tienen
lugar en la célula / en un organismo / en un contexto biológico
determinado…
Red de interacciones proteína-proteína: Representación gráfica de
un conjunto de IPPs en la que las proteínas se representan en forma de
nodos y las interacciones en forma de aristas.
EMBL-EBI
¿Por qué estudiar interacciones proteínaproteína (IPPs)?
Nivel gen
ADN
Nivel proteína
ARN
1 proteína
=
1 proteína
=
n funciones
1 función
=
n redes
¡MAL!
1.
Para predecir la función biológica de la proteína
•
“culpable por asociación”
•
Proteínas con funciones similares deberían agruparse
2.
Para mejorar la caracterización de complejos proteicos y vías biológicas
•
Las redes de interacción funcionan como un mapa-borrador en el que
ensamblar los elementos que forman las vías biológicas
EMBL-EBI
Culpable por asociación
Proto-oncogén
Factor de
transcripción
Kinasa ciclina-dependiente
Regulación de la transcripción
Histona metiltransferasa
Papel en desarrollo
temprano y hematopoyesis
Ciclina
Regulación de ciclinakinasa, regulación
transcripción y ciclo celular
Mediador de la
actividad de la ARNpolimerasa
Regulación de la
transcripción
Modulador
transcripcional
Regulación de la
transcripción
dependiente de kinasas
Algo que ver con
transcripción y control
del ciclo celular
Posible oncoproteína
Implicado en la regulación
de la transcripción
Posible oncoproteína
Activación de la
transcripción
Modulador transcripcional
activado por receptor
Modulación de la
transcripción, transducción de
señales, activado por kinasas
Papel en la inhibición de la
curación de heridas
EMBL-EBI
Tipos de interacciones proteína-proteína
• Interacciones binarias – Dos participantes
• Colocalización – Proximidad de dos o más participantes
• Ints. n-arias (asociaciones) – Purificación de complejos
• Ints. funcionales / directas – Ej. Ints. enzimáticas
1
1
EMBL-EBI
Interacciones binarias
1
2
EMBL-EBI
Colocalización
1
3
EMBL-EBI
Interacciones n-arias (asociaciones)
1
4
Schleiff et al., Nat Rev Mol Cell Biol. 2011.
PMID: 211396380
EMBL-EBI
Interacciones funcionales / directas
• Generalmente ensayos in vitro
• Los participantes suelen conocerse por adelantado
(predeterminados)
• Ejs.- ensayos enzimáticos, SPR, cristalografía, métodos
que usan proteínas purificadas…
Imágenes tomadas de Wikipedia:
http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_crystallography
http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_plasmon_resonance
http://en.wikipedia.org/wiki/Protein_adsorption_in_the_food_industry
EMBL-EBI
Métodos de detección de PPIs
Bajo
rendimiento
Alto rendimiento
Doble híbrido (Y2H)
Purificación por afinidad en tándem
+ espectrometría de masas
(TAP-MS)
Ningún método puede reproducir una verdadera
interacción binaria observada en condiciones
fisiológicas – todas las interacciones detectadas
experimentalmente son esencialmente artefactos
Difracción de rayos X
EMBL-EBI
Representando IPPs: dominios de
interacción
Dominios de interacción
Solapamiento de rangos en la secuencia:
EMBL-EBI
Representando IPPs:
El problema de los complejos
•
Algunos metodos experimentales generan datos de tipo
complejo: Ej. Purificación por afinidad en tándem (TAP)
•
Cuando se debe convertir esta información en datos
binarios, hay 2 algoritmos disponibles:
EMBL-EBI
Bases de datos de interacciones: tipos
De Las Rivas & Fontanillo, PLoS Computational biology, PMID: 20589078.
EMBL-EBI
Bases de datos primarias: niveles de curación
Curación superficial
BioGRID – curación activa, número limitado de organismos modelo
CURACIÓN
HPRD
– curación activa, centrada en humanos, predicción de interacciones
SUPERFICIAL
MPIDB – curación activa, interacciones en microbios
InnateDB – curación activa – interacciones relacionadas con inmunidad innata
Curación a fondo
IntAct – curación activa, amplia cobertura de especies, todo tipo de moléculas
MINT – curación activa, amplia cobertura de especies, sólo IPPs
DIP – curación activa, amplia cobertura de especies, sólo IPPs
MPACT – actualmente sin curación, cobertura de especies limitada, sólo IPPs
MatrixDB – curación activa, sólo moléculas de la matriz extracelular
BIND – detuvo la curacción en 2006/7, amplia cobertura de especias, todo tipo de
CURACIÓN A
moléculas
– la información está quedando desfasada
FONDO
I2D – curación activa – IPPs implicadas en cáncer
EMBL-EBI
Bases de datos primarias: cobertura
Cobertura
de IPPs
humanas
en las
principales
bases de
datos
públicas
De Las Rivas & Fontanillo, PLoS Computational biology, PMID: 20589078.
EMBL-EBI
Un estándar para la representación de
interacciones: el consorcio iMEX
www.imexconsortium.org
Orchard et al., Nature Methods, PMID: 22453911.
EMBL-EBI
Cliente de consulta unificada: PSICQUIC
www.ebi.ac.uk/Tools/webservices/psicquic/view/main.xhtml
PSI-MI
MIQL
Interacciones
Consulta
Entrada
Salida
PSICQUIC
PSICQUIC
Servicio A
PSICQUIC
Servicio B
PSICQUIC
Servicio C
PSICQUIC
Registro
EMBL-EBI
IntAct: Esquema de
almacenamiento de datos
[A] Nivel publicación (entrada)
Entrada
Publicación
Experimento 1
Experimento 2
[B] Nivel experimento
[C] Nivel interacción
Interacción 1
Interacción 2
…
[D] Nivel participante
[E] Nivel característica
Participante 1
Características
Interacción 3
Interacción 4
…
…
Participante 2
Características
EMBL-EBI
IntAct: Uso de la ontología PSI-MI
EMBL-EBI
IntAct: El trabajo del “curator”
(curador)
PROPUESTAS DIRECTAS
PAQUETES DE DATOS DE PROYECTOS DE
DETECCIÓN DE INTERACCIONES A GRAN ESCALA
DATOS DE INTERACCIONES
MOLECULARES PUBLICADOS
CURACIÓN
EMBL-EBI
PROPUESTAS DIRECTAS
PAQUETES DE DATOS DE PROYECTOS DE
DETECCIÓN DE INTERACCIONES A GRAN ESCALA
Gene Ontology
FUNCIÓN
UniProtKB
SECUENCIAS
PROTEÍNA
DATOS DE INTERACCIONES
MOLECULARES PUBLICADOS
REFERENCIAS CRUZADAS
CURACIÓN
ChEBI
MOLÉCULAS
PEQUEÑAS
Ensembl
SECUENCIAS
GENOMA
InterPro
FAMILIAS Y
DOMINIOS
Otros
ESTRUCTURA,
ORGANISMO,
TEJIDO, ETC…
EMBL-EBI
Búsqueda web en IntAct
www.ebi.ac.uk/intact
copia y pega
EMBL-EBI
Resultados de la búsqueda
Enlace a UniProtKB o a Dasty
Detalles de la interacción
EMBL-EBI
IntAct: Representando interacciones
EMBL-EBI
IntAct: el visualizador Dasty
EMBL-EBI
IntAct: Visualizando interacciones
con networkView
EMBL-EBI
Más información sobre IntAct:
cursos “on-line” en el EBI
www.ebi.ac.uk/training/online/course/intact-molecular-interactions-ebi
EMBL-EBI
Desafíos en representación e integración
de datos en las redes de IPPs
Blisson et al., 2011, Nature Biotechnology, PMID: 21706016.
EMBL-EBI
Mas información sobre el análisis del
interactoma
• Nuestro grupo ha escrito un tutorial dentro de un programa de la Human Protein Organization (HUPO)
tratando la importancia del análisis de las redes de interacciones moleculares y que presenta un
ejemplo de análisis guiado para el lector: Koh, Porras, Aranda, Hermjakob, & Orchard, 2012, Journal of
Proteome Research, PMID: 22385417.
• Una buena revisión general acerca de conceptos básicos en el estudio del interactoma: De Las Rivas &
Fontanillo, 2010, PLoS Computational Biology, PMID: 20589078.
• Otra revisión general, centrada en el estudio del interactoma en relación a enfermedades humanas:
Vidal, Cusick, & Barabási, 2011, Cell, PMID: 21414488.
• Una revisión reciente sobre biología de redes diferencial, el estudio de las diferencias entre situaciones
biológicas distintas en contraste con el interactoma estático: Ideker & Krogan, 2012, Molecular Systems
Biology, PMID: 22252388.
• Asignar puntuaciones en función de la confianza a interacciones moleculares requiere usar estrategias
paralelas y complementarias. En este artículo de evalúa la fiabilidad de distintos métodos de detección
experimental con respecto a un set de interacciones de referencia: Braun et al., 2008, Nature Methods,
PMID: 19060903.
• Para terminar, un buen ejemplo de análisis usando datos que proceden de bases de datos primarias.
Los autores construyen una red de alta calidad usando datos de interacciones binarias en las que hay
información acerca de las superficies de interacción a resolución atómica, integran información relativa
a mutaciones causantes de enfermedad y encuentran que existe una correlación entre la posición de
dichas mutaciones en las superficies de interacción y su predisposición a causar enfermedad: X. Wang
et al., 2012, Nature Biotechnology, PMID: 22252508.
EMBL-EBI
Agradecimientos
Jefe de grupo
Henning Hermjakob
Coordinadora
Sandra
Orchard
Equipo de curación
Margaret
Duesbury
Jyoti
Khadake
Equipo de desarrolladores
Rafael
Jiménez
Marine
Dumousseau
Noemí
del Toro
John
Gómez
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