단백질 상호작용 및 단백질 복합체를 이용한 생물학적 경로 확장

Abstract

단백질-단백질 상호작용 네트워크(Protein-protein interaction network) 상에서 생물학적 경로(Biological pathway)를 추출하는 기존의 연구는 경로 내 연결된 단백질 쌍의 기능 군(Gene Ontology, GO)간의 통계적으로 유의한 연관성을 추출하여, 이것으로 뒷받침되는 단백질 상호작용만을 이용해 관심 있는 단백질간의 경로를 추출함으로써 알려진 생물학적 경로를 재구축하고, 보완하는데 초점을 맞추었다. 본 논문에서는 기존의 단백질 상호작용을 이용한 방법을 개선하고 단백질 복합체(Protein complex) 정보를 추가하여 생물학적 경로를 확장하였다. 단백질 복합체는 생체 환경 내에서 결합된 단백질 그룹을 말하는데, 이것은 두 가지 의미에서 생물학적 경로를 확장하는데 사용될 수 있다. 첫 번째로 단백질 복합체는 GO 기능 군과 같이 특수한 기능을 수행하는 단백질들의 집합으로써 단백질 복합체 내 단백질들의 기능을 대표할 수 있다는 점을 이용해 생물학적 경로를 확장하였다. 우선 생물학적 경로 내 단백질들의 연결 상태로부터 이들이 포함된 기능 군과 단백질 복합체간의 통계적으로 유의한 연관규칙을 도출하고, 이를 만족하는 Binary 단백질 상호작용(Binary protein interaction)을 선정하여, 선정된 Binary 단백질 상호작용을 이용하여 생물학적 경로를 확장하였다. 두 번째로 단백질 복합체는 복합체 내 단백질들간의 안정적인 상호작용에 의해 이루어진다는 특징을 생물학적 경로 확장에 이용하였다. 복합 기능(Composite function) annotation을 이용해 생물학적 경로와 기능 및 단백질 구성의 유사성이 높은 단백질 복합체를 찾고 복합체 내 단백질 중 현재 생물학적 경로에 포함되지 않은 단백질들을 생물학적 경로 내 새로운 단백질로 추가하였다. 이와 같이 단백질 복합체는 두 가지 측면에서 생물학적 경로를 확장하는데 사용될 수 있다. 본 논문에서는 Saccharomyces cerevisiae (budding yeast) 내 생물학적 경로 중 대표적인 MAPK 신호전달경로(Signal transduction pathway)를 대상으로 생물학적 경로 확장 방법을 적용하였고, 결과적으로 Binary 단백질 상호작용과 단백질 복합체를 이용하여 기존의 MAPK 신호전달경로 내 단백질들 외에 새로운 단백질들과 그것들에 연결된 상호작용 정보를 추가함으로써 신호전달경로를 확장하였다. 추가적으로 신호전달경로에 작용하는 단백질 복합체들의 기능을 복합 기능 annotation 방법을 이용해 설명하였다.