Large-Scale Screening of Preferred Interactions of Human Src Homology-3 (SH3) Domains Using Native Target Proteins as Affinity Ligands

使用天然靶蛋白作为亲和配体大规模筛选人类 Src 同源性-3 (SH3) 结构域的优选相互作用

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作者:Arunas Kazlauskas, Constanze Schmotz, Tapio Kesti, Jussi Hepojoki, Iivari Kleino, Tomonori Kaneko, Shawn S C Li, Kalle Saksela

Abstract

The Src Homology-3 (SH3) domains are ubiquitous protein modules that mediate important intracellular protein interactions via binding to short proline-rich consensus motifs in their target proteins. The affinity and specificity of such core SH3 - ligand contacts are typically modest, but additional binding interfaces can give rise to stronger and more specific SH3-mediated interactions. To understand how commonly such robust SH3 interactions occur in the human protein interactome, and to identify these in an unbiased manner we have expressed 324 predicted human SH3 ligands as full-length proteins in mammalian cells, and screened for their preferred SH3 partners using a phage display-based approach. This discovery platform contains an essentially complete repertoire of the ∼300 human SH3 domains, and involves an inherent binding threshold that ensures selective identification of only SH3 interactions with relatively high affinity. Such strong and selective SH3 partners could be identified for only 19 of these 324 predicted ligand proteins, suggesting that the majority of human SH3 interactions are relatively weak, and thereby have capacity for only modest inherent selectivity. The panel of exceptionally robust SH3 interactions identified here provides a rich source of leads and hypotheses for further studies. However, a truly comprehensive characterization of the human SH3 interactome will require novel high-throughput methods based on function instead of absolute binding affinity.

文献解析

1. 文献背景信息​

  • ​标题/作者/期刊/年份​​:

    • 标题:Large-Scale Screening of Preferred Interactions of Human SH3 Domains Using Native Target Proteins as Affinity Ligands

    • 作者:Arunas Kazlauskas 等(含多位合作者,如 Kalle Saksela)

    • 期刊:Molecular & Cellular Proteomics(IF=6.100,中上游期刊)

    • 年份:2016年10月

    • ​权威性​​:期刊属蛋白质组学领域主流,作者团队在SH3结构域研究中有积累;​​时效性​​:2016年发表,需结合近年SH3互作研究进展评估。

  • ​研究领域与背景​​:

    • ​领域​​:蛋白质相互作用组学(SH3结构域与配体的特异性识别)。

    • ​现状/争议​​:SH3结构域通过短脯氨酸富集基序(PxxP)与靶蛋白结合,但多数相互作用亲和力低、特异性弱;是否存在高亲和力/高特异性互作尚不明确。

  • ​研究动机​​:

    • 填补空白:系统性筛选人类SH3结构域与天然全长靶蛋白的高亲和力互作,突破传统肽段筛选的局限性(忽略非经典结合界面)。


​2. 研究问题与假设​

  • ​核心问题​​:人类SH3结构域是否普遍存在高亲和力、高特异性的天然靶蛋白互作?

  • ​假设​​:部分SH3结构域可能通过额外结合界面(非PxxP基序)形成强互作,但此类互作在整体SH3互作组中占比较低。


​3. 研究方法学与技术路线​

  • ​实验设计​​:

    • ​高通量筛选​​:表达324种人类SH3预测配体(全长蛋白),以噬菌体展示技术筛选其与约300种人类SH3结构域的互作。

    • ​亲和力阈值​​:通过技术设计仅捕获高亲和力互作(排除弱结合)。

  • ​关键技术​​:

    • ​噬菌体展示​​:展示SH3结构域库,以天然靶蛋白为“诱饵”筛选互作。

    • ​哺乳细胞表达系统​​:确保靶蛋白正确折叠和修饰。

  • ​创新方法​​:

    • 首次在SH3互作筛选中使用全长天然靶蛋白(非合成肽段),更接近生理状态。


​4. 结果与数据解析​

  • ​主要发现​​:

                      ​​低比例强互作​​:仅19/324(5.8%)预测配体蛋白与SH3结构域形成高亲和力互作(如Fig3数据)。

                      ​​互作特异性证据​​:部分SH3-配体对表现出显著选择性(如某SH3仅结合1种靶蛋白)。

                      ​​非经典界面​​:部分强互作可能依赖PxxP基序外的结合界面(需结构生物学验证)。

  • ​数据验证​​:

    • 通过独立结合实验(如ELISA)验证部分互作,但未全面验证所有阳性结果。

  • ​局限性​​:

    • 假阴性风险:哺乳细胞表达的靶蛋白可能未覆盖所有修饰状态;

    • 功能关联缺失:未验证强互作的生物学意义(如信号通路调控)。


​5. 讨论与机制阐释​

  • ​机制解释​​:

    • 多数SH3互作依赖低亲和力PxxP基序,适合动态调控;少数强互作可能通过多价结合或辅助界面实现。

  • ​与既往研究对比​​:

    • 支持“SH3互作普遍较弱”的传统观点,但揭示了例外案例(如某些病毒蛋白劫持强SH3互作)。

  • ​未解决问题​​:

    • 强互作的生理功能?是否与疾病相关?需结合功能实验(如基因敲除)进一步研究。


​6. 创新点与学术贡献​

  • ​理论创新​​:

    • 量化人类SH3互作组的亲和力分布,提出“强互作为少数但可能关键”的假说。

  • ​技术贡献​​:

    • 全长蛋白筛选策略可推广至其他结构域(如PDZ、WW域)的互作研究。

  • ​实际价值​​:

    • 为靶向SH3的药物设计提供新靶点(如阻断病毒-宿主强互作)。


总结

该研究通过创新筛选策略,首次系统鉴定人类SH3结构域的高亲和力天然配体,挑战了“SH3互作普遍弱”的认知局限,但需后续功能研究验证其生物学意义。技术方法对蛋白质互作领域具有借鉴价值。

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