[論文レビュー] Evolutionary conservation of motif constituents within the yeast protein interaction network

Stefan Wuchty, Zoltán N. Oltvai+1 more|ArXiv.org|Oct 19, 2003

Bioinformatics and Genomic Networks参考文献 21被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、トポロジカルモチーフを分析することで、*Saccharomyces cerevisiae* のたんぱく質相互作用ネットワークにおける進化的保存を調査した。高密度に接続された機能的に一貫性のあるモチーフに属するたんぱく質は、構造が乏しい領域に属するたんぱく質よりも顕著に進化的に保存されていることが示された。これは、ネットワークモチーフが生物学的機能によって形作られた機能的・進化的ユニットを表していることを示している。

ABSTRACT

Understanding why some cellular components are conserved across species, while others evolve rapidly is a key question of modern biology. Here we demonstrate that in S. cerevisiae proteins organized in cohesive patterns of interactions are conserved to a significantly higher degree than those that do not participate in such motifs. We find that the conservation of proteins within distinct topological motifs correlates with the motif's inter-connectedness and function and also depends on the structure of the overall interactome topology. These findings indicate that motifs may represent evolutionary conserved topological units of cellular networks molded in accordance with the specific biological function in which they participate.

研究の動機と目的

• 特定の細胞成分がなぜ進化的に保存されるのか、他の成分よりも急速に進化するのかを理解すること。
• ユーライのたんぱく質相互作用ネットワークにおける特定のトポロジカルモチーフが、その構成たんぱく質の保存度に相関しているかどうかを調査すること。
• モチーブの相互接続性と全体のネットワークトポロジーが、たんぱく質の保存に与える影響を調べること。
• モチーブが細胞ネットワークにおける機能的・進化的ユニットを表しているかどうかを特定すること。

提案手法

• 研究者たちは、再発現するトポロジカルモチーブを同定するために *S. cerevisiae* のたんぱく質相互作用ネットワークを分析した。
• 異なる種間の相同性を用いて、各モチーブ内のたんぱく質の進化的保存度を定量化した。
• モチーブの相互接続性（例：エッジ数やノード数）と、その構成たんぱく質の平均保存度の相関を分析した。
• ネットワーク構造に依存するかどうかを評価するために、インタラクトーム全体のトポロジーを考慮した。
• ゲノムデータベースからの配列アラインメントと進化的距離指標を用いて、たんぱく質の保存度を測定した。
• モチーブに属するたんぱく質が非モチーブに属するたんぱく質よりも顕著に保存されているかどうかを検証するため、統計的比較を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ユーライのインタラクトームにおける特定のトポロジカルモチーブに属するたんぱく質は、モチーブ外のたんぱく質よりも顕著に進化的に保存されているか？
• RQ2 モチーブの相互接続性が、その構成たんぱく質の保存度にどのように影響するか？
• RQ3 ユーライのインタラクトーム全体のトポロジーが、モチーブ構成たんぱく質の保存度に影響を与えるか？
• RQ4 機能的整合性とモチーブ構造が、進化的保存度とどの程度相関しているか？

主な発見

• 機能的に一貫性があり、高密度に接続されたモチーブに属するたんぱく質は、このようなモチーブに参加しないたんぱく質よりも顕著に高い進化的保存度を示した。
• モチーブ内の保存度は、その相互接続性および機能的整合性と正の相関関係にあった。
• モチーブの保存度は、インタラクトームの全体的なトポロジーに影響を受けており、構造的文脈が重要であることが示された。
• 結果から、ネットワークモチーブが生物学的機能によって形作られた、進化的に保存されたトポロジカルユニットである可能性が示唆された。
• 本研究は、構造的・機能的統合性のおかげで、たんぱく質相互作用ネットワーク内の機能的モジュールが進化の過程で保存されているという実証的証拠を提供した。