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首都医科大学宣武医院与中国科学院植物研究所合作开发代谢通路与调控通路的标准化整合方法

已有 162 次阅读 2022-9-27 14:42 |个人分类:论文|系统分类:论文交流

首都医科大学宣武医院与中国科学院植物研究所合作开发代谢通路与调控通路的标准化整合方法

蛋白质在生命活动中具有重要意义,一方面,蛋白质通过参加化合物的合成或降解,形成代谢通路;另一方面,蛋白质通过感知和转导信号分子,形成信号通路。因此长期以来科学家习惯依经验,按照蛋白质分子发挥的功能,将动植物、人类等生命体中的复杂生物学网络划分为代谢通路和信号通路。近年来科学界逐渐发现,代谢通路与信号通路间的串扰效应(crosstalk)具有重要的生物学意义,广泛存在于人类疾病、植物抗逆等复杂生物学现象中,而现有的代谢通路和信号通路的数据结构和展示方法各不相同,阻碍了通路整合及串扰效应分析的发展。因此,开发标准化的整合方法,实现具有物种通用性的代谢通路和信号通路整合,具有重要的理论和应用价值。

近日,首都医科大学宣武医院、中国科学院北京基因组研究所和中国科学院植物研究所合作在 aBIOTECH 杂志上发表了题为The Global Integrative Network: integration of signaling and metabolic pathways” 点击题目查看原文)的研究论文,报道了跨物种普适的代谢通路与调控通路标准化整合方法。


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研究者们首先提取了KEGG数据库中7077个物种中所有代谢通路和信号通路的信息,然后设计了一种新的标准化通路表达结构——“元通路”,将所有通路转化为“元通路”,并组装成各个物种的全局网络。“元通路结构”是通过对真实生物学过程抽象化后得到的结果,引入了代表过渡态的节点。在“元通路”结构中,代谢通路的表达方式从传统的”底物 产物“,改为 “底物—底物+酶复合体(过渡态)—产物”;而在信号通路的传统表达方式中,上游信号分子是催化下游信号分子发生化学反应的酶,其表达方式也从传统的“上游信号分子——下游信号分子”,改为“下游信号分子(底物)—下游信号分子+上游信号分子复合体(过渡态)——下游信号分子(产物)”。由此,元通路结构中代谢通路和信号通路的基本结构得到了统一,打通了代谢和信号之间的藩篱,文章随后以人类、小鼠、拟南芥和水稻中TCA循环与MAPK通路的串扰为例,展示了新方法在使用拓扑工具分析代谢通路与信号通路串扰效应方面的优越性。

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该项目集合了不同物种的研究者团队,中国科学院植物研究所的漆小泉研究员和中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)的池旭博士为本文共同通讯作者,首都医科大学宣武医院的林于樱博士为本文第一作者。

阅读原文:https://rd.springer.com/article/10.1007/s42994-022-00078-1



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