《Nature Communications》：Protein-protein interactions are a major source of epistasis in genetic interaction networks
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本研究针对遗传互作网络与蛋白质相互作用网络关联机制不明确的问题，通过分析酵母和人类基因组数据，发现基因间上位性相互作用强度与对应蛋白结合自由能显著相关，证明两类网络可相互预测。研究揭示了重复基因功能分化与冗余性在蛋白结合亲和力及遗传互作中的体现，并发现两类网络在模块化和连接器拓扑特征上高度重叠，为理解细胞过程提供了新型整合网络研究范式。
在生命科学的宏大拼图中，基因如何通过相互作用决定生物体的性状一直是最引人入胜的谜题之一。遗传互作网络描绘了基因之间的协作或竞争关系，而蛋白质相互作用网络则映射了蛋白质在细胞中的物理接触。尽管这两张“地图”已成为推断基因功能和基因型-表型关系的重要工具，但它们之间究竟存在怎样的深层联系，却始终笼罩在迷雾之中。这种关联的缺失，限制了科学家全面理解细胞过程的运作机制和信息流动方式。
为揭开这一谜题，一项发表于《Nature Communications》的研究展开了系统性探索。研究人员通过整合酵母和人类基因组的多维度数据，首次揭示遗传相互作用强度与对应蛋白质的结合自由能之间存在显著相关性。这一发现如同在两类网络间架起一座桥梁，使双向预测成为可能。进一步分析表明，重复基因的功能分化和冗余性会直接体现在其编码蛋白的结合亲和力及遗传互作强度上。更令人振奋的是，两类网络在拓扑结构上展现出高度一致性：均通过“模块化”单元实现功能聚类，并依靠“连接器”蛋白链接不同模块。这项突破性工作为构建整合性网络分析框架奠定了理论基础，对解析复杂疾病机制和进化过程具有深远意义。
关键技术方法
研究采用酵母和人类基因组数据库，通过定量遗传学分析计算遗传相互作用强度，利用表面等离子共振等技术测定蛋白质结合自由能。运用网络拓扑学方法识别模块和连接器特征，结合系统发育分析评估基因重复事件的功能演化。所有统计分析均采用多重假设检验校正。
遗传相互作用与蛋白结合能的关联性
通过对比酵母和人类基因组数据，研究发现两个基因间的上位性相互作用强度与其编码蛋白的结合自由能呈显著正相关。例如在DNA修复通路中，高亲和力的蛋白复合体对应更强的遗传互作效应，证实分子层面的物理相互作用是遗传互作的重要物质基础。
重复基因的功能分化机制
对重复基因的分析显示，功能分化的旁系同源基因其蛋白结合亲和力显著低于功能保守的基因拷贝。这种差异直接反映在遗传互作模式上：分化基因表现出更特异的遗传相互作用，而保守基因则维持广泛的互作网络。
网络拓扑结构的共性特征
两类网络均呈现“模块化-连接器”的典型拓扑：功能相关的基因/蛋白形成密集连接的模块，而少数关键节点作为连接器链接不同模块。这种结构一致性解释了两类网络在功能预测中的互补性。
研究结论与展望
该研究首次从能量关联和拓扑结构双维度证实了遗传互作网络与蛋白质相互作用网络的内在统一性。不仅为复杂性状的机制解析提供了新视角，更开创了通过整合网络分析预测基因功能的新范式。研究者特别指出，这种跨物种保守的网络规律将为进化医学研究提供重要线索，例如在癌症基因组学中，可通过蛋白互作网络预测突变组合的协同效应。未来工作需进一步整合转录调控和代谢网络数据，最终构建多层级、可量化的细胞功能图谱。
