Un'interazione proteina - proteina si verifica quando due o più proteine si legano insieme, il più delle volte per svolgere la loro funzione biologica. Molte delle molecole più importanti che lavorano nella cellula , come la replicazione del DNA , sono implementate da grandi macchine molecolari costituite da un gran numero di proteine organizzate attraverso interazioni proteina-proteina. Le interazioni tra le proteine sono state studiate dal punto di vista della biochimica , chimica quantistica , dinamica molecolare , chimica biologica, trasduzione del segnale e altre teorie dei grafi metabolici e genetici / epigenetici . Le interazioni proteina-proteina sono al centro dell'intero sistema interattomico della cellula vivente.
Le interazioni tra le proteine sono importanti per la maggior parte delle funzioni genetiche. Ad esempio, un segnale proveniente dall'esterno della cellula viene trasmesso all'interno dalle interazioni proteina-proteina delle molecole che costituiscono il segnale. Questa procedura, chiamata " trasduzione del segnale ", gioca un ruolo fondamentale nella maggior parte dei processi biologici e in molte malattie come il cancro , per esempio. Le proteine possono interagire per lunghi periodi per formare un pezzo di un complesso proteico, una proteina può trasportare un'altra proteina (ad esempio dal citoplasma al nucleo o viceversa nel caso delle importine dei pori nucleari ), oppure una proteina può interagire brevemente con un'altra proteina, solo per modificarla (ad esempio, una protein chinasi aggiungerà un radicale fosfato a una proteina bersaglio). Questa modifica proteica può, a sua volta, cambiare le interazioni proteina-proteina. Ad esempio, alcune proteine con un dominio SH2 si legano ad altre proteine solo quando sono fosforilate su tirosina ( amminoacido ) mentre il bromodominio riconosce specificamente le lisine acetilate . In conclusione, le interazioni proteina-proteina sono della massima importanza praticamente in tutti i processi delle cellule viventi. La conoscenza di queste interazioni aiuta a migliorare la nostra comprensione delle malattie e può gettare le basi per nuovi approcci terapeutici .
Poiché le interazioni proteina-proteina sono di grande importanza, esistono numerosi metodi per studiarle. Ogni metodo ha i suoi vantaggi e svantaggi, soprattutto per quanto riguarda la sensibilità e la specificità . Alta sensibilità significa che molte delle interazioni esistenti verranno rilevate, mentre alta specificità significa che la maggior parte delle interazioni rilevate esistono effettivamente. Metodi come il doppio ibrido consentiranno di rilevare nuove interazioni proteina-proteina.
La struttura molecolare di molti complessi proteici è stata decodificata dalla tecnica della cristallografia a raggi X, mentre diverse tecniche ad alto rendimento possono solo dire che una proteina interagisce con un'altra. La struttura molecolare fornisce dettagli precisi sulle parti specifiche della proteina che interagiscono e quali sono i tipi di legami chimici che consentono questa interazione. Una delle strutture proteiche che è stata decodificata di recente è quella dell'emoglobina di Max Ferdinand Perutz e alter . È un complesso di quattro proteine: due catene alfa e due catene beta. Con l'aumento del numero di strutture scoperte per i complessi proteici, i ricercatori hanno iniziato a studiare i principi alla base delle interazioni proteina-proteina. Basata esclusivamente sui tre strutture della insulina regolatore , pancreas tripsina inibitore complessa e ossiemoglobina , Cyrus Chothia e Joel Janin trovato che tra il 1130 e il 1720 Angstrom -Surface piazze viene rimosso in superficie. Contatto con acqua indicando che la loro idrofobicità era stabilizzante principale fattore delle interazioni proteina-proteina. Studi successivi hanno specificato che l'area scomparsa della maggior parte delle interazioni era 1600 ± 350 ångströms-quadrati. Tuttavia, sono state osservate interfacce di interazione molto più grandi in associazione con un'importante transizione conformazionale di uno degli attori dell'interazione.
La visualizzazione delle reti di interazione proteina-proteina è una classica applicazione dei metodi di visualizzazione scientifica . Sebbene i diagrammi di interazione delle proteine siano comuni nelle pubblicazioni, i diagrammi delle reti di interazione delle proteine dell'intera cellula sono ancora rari a causa dell'elevato livello di complessità che li rende difficili da generare. Nel 1999 Kurt Kohn ha prodotto a mano il diagramma delle interazioni molecolari che controllano il ciclo di una cellula. Nel 2000, Schwikowski, Uetz e Fields hanno pubblicato un documento sulle interazioni proteina-proteina nel lievito e sulle 1.548 proteine interagenti correlate come determinato dalla tecnica del doppio ibrido. Hanno utilizzato la tecnica di disegno del grafico a strati per trovare un primo posizionamento dei nodi e poi hanno utilizzato un layout basato sulla forza per migliorare il posizionamento. Il software Cytoscape è ampiamente utilizzato per visualizzare le reti di interazione proteina-proteina.
Le diverse tecniche per identificare le interazioni proteiche hanno permesso di definire centinaia di migliaia di interazioni. Queste interazioni sono raccolte in raccolte di database biologici specializzati che consentono di raccogliere e studiare in seguito le interazioni. Il primo di questi database è stato il DIP ( database di proteine interagenti ). Da quel momento sono emerse molte raccolte come BioGRID, String e ConsensusPathDB.