真核生物小蛋白的进化机制和相互作用网络研究

生物机体内很多重要的信号分子是小蛋白分子，这些小蛋白在细胞转录和翻译等过程中起到非常重要的作用。尽管小蛋白在生命过程中起到如此重要的作用，但是目前对小蛋白功能和相互作用研究缺乏行之有效的方法。本项目主要以此需求作为研究目标，从现有的真核生物基因组数据出发构建小分子蛋白数据库，通过比较基因组学研究分析真核生物小蛋白的组成变化规律和确定起关键作用的小蛋白，并揭示小蛋白组成变化所对应的内在机制及其重要生物学意义。综合利用共进化网络分析、蛋白质组学和分子模型等方法研究小蛋白和调节靶标的相互作用，并最终建立对小蛋白功能预测和相互作用研究行之有效的新方法。该研究将为今后开展真核生物小蛋白的功能性研究奠定基础，并为进行小蛋白的功能预测和针对特异性致病微生物设计相应的小分子药物提供新思路。

本项目以小蛋白作为研究对象，通过系列生物信息学方法包括比较基因组学、共进化网络、蛋白质组学和分子模型方法建立小蛋白相互作用和功能研究的新方法。首先收集目前所有真核生物编码的小蛋白构建小蛋白数据库，通过比较基因组学分析方法揭示小蛋白组成变化规律和真核生物中重要功能小蛋白，基因表达分析证实小蛋白在人体中既有组织特异性表达也有广泛表达，系统分析表明小蛋白对于物种演化过程中一些特定新功能的发生也起到非常关键的作用。其次选取特定的酸性可溶性小蛋白作为代表，通过分子模型方法揭示其对DNA的保护机制。最后通过对线粒体呼吸链自身编码蛋白的共进化关系，发现复合物内部和复合物间的共进化特征有显著差异性，证实蛋白质共进化方法可以用于分析蛋白质相互作用。选取18种真核生物作为研究对象建立了所有蛋白质的共进化调控网络，结合蛋白质复合物、PPI数据库和代谢途径信息验证蛋白质共进化网络的生物学意义。通过本项目研究揭示小蛋白生物学功能的重要性，并建立了通过蛋白质共进化网络研究小蛋白相互作用的新方法。