Interaccións proteína-proteína

[miniatura|O [inhibidor da ribonuclease con forma de ferradura (mostrado como unha rede de arames) establece unha interacción proteína-proteína coa proteína ribonuclease. Os contactos entre as dúas proteínas móstranse como parches coloreados.|250px]]
As **interaccións proteína-proteína** (IPPs) son os contactos físicos intencionados establecidos entre dúas ou máis proteínas como resultado de eventos bioquímicos ou forzas electrostáticas.

As proteínas son macromoléculas vitais a nivel sistémico e celular, pero raramente actúan soas. As proteínas interaccionan con outras moléculas e unhas con outras. Nunha célula moitos procesos moleculares esenciais lévanse a cabo por complexos moleculares formados por un gran número de compoñentes proteicos organizados segundo as súas interaccións. Estas interaccións están na base de todo o sistema interactómico de todas as células vivas e, as interaccións proteína-proteína incorrectas ou anormais son a base de moitas enfermidades, como a síndrome de Creutzfeld-Jacob, enfermidade de Alzheimer, e cancro.

As IPPs estúdanse desde diferentes perspectivas: bioquímica, química cuántica, dinámica molecular, transdución de sinais, entre outras. Toda esta información permitiu a elaboración de grandes redes de interaccións de proteínas, similares ás redes metabólicas ou xenéticas, que melloraron o coñecemento actual sobre fervenzas bioquímicas e patoxénese de enfermidades, e descubriron novas posibles dianas terapéuticas.

## Exemplos de interaccións proteína-proteína 
* **Transdución de sinais**
:A actividade da célula está regulada por sinais extrracelulares. A propagación de sinais ao interior e por dentro da célula depende de IPPs entre varias moléculas de sinalización. Este proceso, chamado transdución de sinais é fundamental en moitos procesos biolóxicos e en moitas doenzas (por exemplo, a enfermidade de Parkinson e o cancro).

* **Transporte a través das membranas**
:Unha proteína pode transportar outra proteína a outra parte da célula (por exemplo, do citoplasma ao núcleo ou viceversa no caso das importinas dos poros nucleares).

* **Metabolismo celular**
:En moitos procesos biosintéticos os encimas interaccionan entre si para producir pequenos compoñentes ou outras macromoléculas.

* **Contracción muscular**
:A fisioloxía da contracción muscular implica varias interaccións. Os filamentos de miosina actúan como motores moleculares e ao unirse aos filamentos de actina permiten o esvaramento dos filamentos. Ademais, algunhas proteínas da familia da proteína asociada á gota lipídica do músculo esquelético asócianse con outras proteínas, como o activador da triglicérido lipase adiposa e o seu CGI-58 coactivador, para regular a lipólise no músculo esquelético.

## Tipos de interaccións proteína-proteína 
A ensamblaxe de complexos proteínicos pode orixinar a formación de complexos homooligoméricos ou heterooligoméricos. Ademais dos complexos convencionais, como os complexos encima-inhibidor e anticorpo-antíxeno, as interaccións poden establecerse tamén entre dominio e dominio ou entre dominio e péptido. Ademais, as interaccións poden clasificarse en estables e transitorias, e tamén segundo a natureza dos enlaces químicos que se establecen entre as proteínas.

### Homooligómeros e heterooligómeros 
O **homooligómeros** son complexos macromoleculares constituídos por só un tipo de subunidade proteica. A ensamblaxe das subunidades proteicas está guiada polo establecemento de interaccións non covalentes na estrutura cuaternaria da proteína. A alteración dos homooligómeros para volveren ao seu estado inicial de monómeros separados require a miúdo a desnaturalización do complexo. A primeira estrutura que se resolveu por este método foi a da mioglobina de esperma de balea determinada por John Cowdery Kendrew. Nesta técnica detéctanse nunha película os ángulos e intensidades dun feixe de raios X difractado por átomos cristalinos, o que produce unha imaxe tridimensional da densidade de electróns no cristal.

Posteriormente, empezou a aplicarse a resonancia magnética nuclear (RMN ou NMR) para tratar de resolver a estrutura molecular dos complexos proteicos. Un dos primeiros exemplos foi a estrutura dos dominios de unión á calmodulina de proteínas unidas á calmodulina. Esta técnica está baseada no estudo de propiedades magnéticas dos núcleos atómicos, determinando así as propiedades físicas e químicas dos átomos correspondentes ou das moléculas. A resonancia magnética nuclear é vantaxosa para caracterizar as IPPs febles.

## Propiedades da interface proteína-proteína 
O estudo da estrutura molecular pode proporcionar moitos detalles sobre a interface que permite a a interacción entre proteínas. Cando se caracterizan as interfaces das IPPs é importante ter en conta o tipo do complexo.

Os parámetros que se avalían inclúen o tamaño (medido en dimensións absolutas Å2 ou en área de superficie accesible ao solvente), forma, complementariedade entre superficies, propensións de interface dos residuos, hidrofobicidade, segmentación e estrutura secundaria, e cambios conformacionais na formación do complexo. As interfaces das IPP son dinámicas e frecuentemente planas, aínda que tamén poden ser globulares e sobresaír. Joel Janin, baseándose nas estruturas de tres proteínas (dímero de insulina, tripsina-complexo inhibidor da tripsina pancreática, e oxihemoglobina-Cyrus Chothia) encontrou que eran eliminados entre 1.130 e 1.720 Å de área de superficie do contacto coa auga, o que indicaba que a hidrofobicidade é un factor importante na estabilización das IPPs. Estudos posteriores refinaron a área de superficie agochada da maioría das interaccións a 1.600±350 Å2. Porén, tamén se observaron interfaces de interacción moito máis grandes e foron asociadas con cambios significativos en conformación dun dos membros que intervén na interacción.

## Factores que regulan as interaccións proteína-proteína 
* Concentración da proteína, que á súa vez está afectada polos niveis de expresión e velocidade de degradación. 
* Afinidade da proteína por proteínas ou outros ligandos que se unen.
* Concentracións dos ligandos (substratos, ións etc.). 
* Presenza doutras proteínas, ácidos nucleicos, e ións.
* campos eléctricos arredor das proteínas. 
* Incidencia de modificacións covalentes.

## Dominios estruturais implicados nas interaccións proteína-proteína 
As proteínas teñen dominios estruturais que permiten a súa interacción e unión con secuencias específicas doutras proteínas, como son:

* **Dominio Src homoloxía 2 (SH2)** 
:Os dominios SH2 están compostos estruturalmente por follas beta enroladas de tres cadeas en sandwich flanqueadas por dúas hélices alfa. A existencia dun peto de unión profundo con alta afinidade pola fosfotirosina, pero non pola fosfoserina ou fosfotreonina, é esencial para o recoñecemento das proteínas fosforiladas na tirosina, principalmente receptores de factores de crecemento autofosforilados. As proteínas que se unen ao receptor do factor de crecemento e a fosfolipase Cγ son exemplos de proteínas que teñen dominios SH2.

* **Dominio Src homoloxía 3 (SH3)** 
:Estruturalmente, os dominios SH3 están constituídos por un barril beta formado por dúas follas beta ortogonais e tres cadeas beta antiparalelas. Estes dominios recoñecen secuencias de prolina enriquecidas, como a estrutura helicoidal de poliprolina tipo II (motivo PXXP) en proteínas de sinalización celular como as proteínas tirosina quinases e a proteína 2 unida ao receptor do factor de crecemento (Grb2). Cada un dos métodos ten as súas vantaxes e inconvenientes, especialmente en relación coa sensibilidade e especificidade do método. Os métodos de alto rendemento máis convencionais e máis amplamente utilizados son a proba de dous híbridos de lévedos e a purificación de afinidade acoplada á espectrometría de masas.

miniatura|esquerda|Principios dos sistemas de dous híbridos de lévedos e mamíferos.

### Proba de dous híbridos de lévedos 
Este sistema foi descrito primeiramente en 1989 por Fields e Song utilizando o lévedo *Saccharomyces cerevisiae* como modelo biolóxico. Os dous híbridos de lévedos permiten a identificación por pares de IPPs (método binario) *in vivo*, indicando tendencias non específicas a reaccións de adhesión.

As células do lévedo son transfectadas con dous plásmidos: o *isco* ou *amocelo* (proteína que interesa fusionada con dominio de unión ao ADN dun factor de transcrición de lévedo, como Gal4), e a *presa* (unha libraría de fragmentos de ADNc ligados ao dominio de activación do factor de transcrición. A transcrición de xenes reporteiros non se produce a non ser que o *isco* e a *presa* interaccionen entre si e formen un factor de transcrición funcional. Así, a interacción entre proteínas pode inferirse pola presenza dos produtos resultantes da expresión do xene reporteiro.

Malia a súa utilidade, o sistema de dous híbridos de lévedos ten limitacións, como son: a súa especificidade é relativamente baixa; utiliza lévedos como principal sistema hóspede, o cal pode ser un problema cando se estudan outros modelos biolóxicos; o número de IPPs identificadas é xeralmente baixo porque se perden algunhas IPPs transitorias durante os pasos de purificación; e subvalora as proteínas de membrana, por exemplo. Estas limitacións foron superadas grazas á aparición de variantes do método de dous híbridos de lévedos, como o de dous híbridos de lévedos de membrana (MYTH)
miniatura|esquerda|Principios da purificación de afinidade en tándem.

### Purificación de afinidade acoplada á espectrometría de masas 
A purificación de afinidade acoplada á espectrometría de masas detecta principalmente interaccións estables e indica mellor as IPPs funcionais in vivo. Desde ese momento, o número de bases de datos públicas foise incrementando. As bases de datos poden dividirse en bases de datos primarias, meta-bases de datos, e bases de datos de predición.

* **Bases de datos primarias**. Recollen información sobre IPPs publicadas de existencia comprobada por medio de métodos experimentais a grande ou pequena escala. Exemplos: DIP, Biomolecular Interaction Network Database (BIND), Biological General Repository for Interaction Datasets (BioGRID), Human Protein Reference Database (HPRD), IntAct Molecular Interaction Database, Molecular Interactions Database (MINT), MIPS Protein Interaction Resource on Yeast (MIPS-MPact), e MIPS Mammalian Protein-Protein Interaction Database (MIPS-MPPI). Debuxando sobre o mapa de Kohn, Schwikowski et al. en 2000 publicaron un artigo sobre os IPPs en lévedos, no que ligaron 1.548 proteínas interaccionantes determinadas por probas de dous híbridos. Utilizaron un método de debuxo de gráficos por capas para encontrar unha localización inicial dos nodos e despois melloraron o deseño gráfico utilizando un algoritmo baseado na forza.

Desenvolvéronse ferramentas bioinformáticas para simplificar a difícil tarefa de visualizar a rede de interaccións moleculares e complementala con outros tipos de datos. Por exemplo, Cytoscape é un software de código aberto utilizado amplamente para o que se dispoñen actualmente moitos *plugins*. Pajek software é vantaxoso para a visualización e análise de redes moi grandes.

O coñecemento dos importantes papeis exercidos polas IPPs en numerosos procesos fisiolóxicos e patolóxicos presentou o desafío de intentar esclarecer moitos interactomas. Exemplos de interactomas publicados son o interactoma DREAM específico do tiroide e o interactoma PP1α do cerebro humano.

## Interaccións proteína-proteína como dianas terapéuticas 
A modulación das IPPs é difícil de investigar e está recibindo unha atención crecente da comunidade científica. Varias propiedades das IPPs, como os sitios alostéricos e puntos quentes, foron incorporadas ás estratexias de deseño de fármacos. A importancia das IPPs como posibles dianas terapéuticas para o desenvolvemento de novos tratamentos é especialmente evidente no cancro, e hai varios ensaios clínicos en marcha nesta área.
Hai fármacos deste tipo xa dispoñibles no mercado para tratar multitude de doenzas. Exemplos son o Titrobifan, inhibidor da glicoproteína IIb/IIIa, usada como un fármaco cardiovascular, e o Maraviroc, inhibidor da interacción CCR5-gp120, utilizada como fármaco anti-VIH.

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* Interactoma
* Estrutura das proteínas
* Complexo multiproteico
* Transdución de sinais
* Interaccións proteína-lípido

### Ligazóns externas 
* Biological General Repository for Interaction Datasets (BioGRID)- http://nar.oxfordjournals.org/content/34/suppl_1/D535.full
* Human Portein Reference Database (HPRD)- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14681466
* IntAct Molecular Interaction Database - http://nar.oxfordjournals.org/content/32/suppl_1/D452.abstract
* Molecular Interactions Database (MINT) - http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17135203
* MIPS Protein Interaction Resource on Yeast (MIPS-MPact) - http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16381906
* MIPS Mammalian Protein-Protein Interaction Database (MIPS-MPPI) - http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15531608
* Library of Modulators of Protein-Protein Interactions (PPI) - http://www.chemdiv.com/portfolio/library-of-modulator-of-protein-protein-interactions-ppi/
* Proteínas e encimas DMOZ
* Casado-Vela J, Matthiesen R, Sellés S, Naranjo, JR Protein-Protein Interactions: Gene Acronym Redundancies and Current Limitations Precluding Automated Data Integration Proteomes 2013, 1(1), 3-24.