E3NET:用于探索E3介导的蜂窝功能的监管网络的系统*

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    § 这些作者同等贡献这项工作。
    青少年韩
    脚注
    § 这些作者同等贡献这项工作。
    隶属关系
    信息和通信工程系,Yuseong-Gu,大川市约翰305-701,大韩民国
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    § 这些作者同等贡献这项工作。
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    作者脚注
    ‖现在地址:三星高级工业大学,三星电子有限公司,大韩民国,三星高级技术研究所。
    霍东李
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    § 这些作者同等贡献这项工作。
    ‖现在地址:三星高级工业大学,三星电子有限公司,大韩民国,三星高级技术研究所。
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    生物与脑电工程系,Yuseong-Gu,Daejeon 305-701,大韩民国
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  • Jong C. Park.
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    计算机科学系,KAIST,291 Daehak-Ro,Yuseong-Gu,Daejeon,大韩民国305-701
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    信息和通信工程系,Yuseong-Gu,大川市约翰305-701,大韩民国

    生物与脑电工程系,Yuseong-Gu,Daejeon 305-701,大韩民国

    计算机科学系,KAIST,291 Daehak-Ro,Yuseong-Gu,Daejeon,大韩民国305-701
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  • 作者脚注
    *这项工作得到了汇聚研究中心计划项目2011K000864,并由韩国议定书的国家研究基金会以及韩国科技部的Kaist未来系统医疗项目。本文的出版费用部分按付款方式部分支付。因此,本文必须明白“ 广告“按照18 U.S.C.第1734节仅表明这一事实。
    本文含有补充材料。
    § 这些作者同等贡献这项工作。
    ‖现在地址:三星高级工业大学,三星电子有限公司,大韩民国,三星高级技术研究所。
      泛素 - 蛋白质连接酶(E3)是靶向特异性底物的关键酶,用于普遍化和降解的多种细胞过程中。然而,E3的底物特异性的现有发现散布在许多资源上,使得难以与整合视图一起研究它们。在这里,我们展示了一种基于Web的系统E3Net,提供了可用的E3衬底特异性的全面收集和系统框架,用于分析E3介导的多种蜂窝功能的监管网络。目前,E3NET在427个生物中包含2201 e3s和4896个底物,493 e3s和1277个底物在42个生物中介于493 e3s和1277个底物之间,主要从Medline摘要和Uniprot评论中提取自动文本挖掘方法和额外的手动检查,部分来自高吞吐实验数据和公共泛素制数据库。从功能性富集分析中鉴定出提取的E3特异性底物基团的显着功能和途径,其具有12个功能类别资源,用于分子函数,蛋白质,蛋白质复合物,途径,细胞过程,细胞定位和疾病。 E3NET包括交互式分析和导航工具,使得可以构建E3 - 基板网络的集成视图及其与图形插图和总结描述的相关功能。结果,E3NET提供了从E3特异性衬底组的调节网络结构及其相关函数的综合性E3S,衬底和其功能意义的综合资源。该资源将促进进一步深入调查泛素化依赖性调节机制。 E3NET在线免费提供 http://pnet.kaist.ac.kr/e3net.
      泛素化是影响几乎所有细胞过程的蛋白质降解的调节过程。据信〜80%的细胞蛋白质的营业额由泛素介导的蛋白质降解控制(
      • 汉堡上午
      • Seth A.K.
      泛素介导的蛋白质降解途径:治疗意义。
      ,
      • von mikecz A.
      核泛素 - 蛋白酶体系。
      )。通过这种机制选择性地消除损坏或异常的蛋白质(
      • Lecker S.H.
      • Goldberg A.L.
      • Mitch W.E.
      蛋白质蛋白质 - 蛋白酶体途径在正常和疾病状态下降解。
      )。除了参与较多氮化蛋白的蛋白酶体降解外,普遍术还调节细胞内信号传导。受体的单次泛素,例如表皮生长因子受体或缺口受体,是有效内吞的贩运和信号的先决条件(
      • Haglund K.
      • 迪克斯I.
      泛力和细胞信号传导。
      )。此外,泛素化可以通过改变靶蛋白的性质或相互作用机制来调节蛋白质功能。例如,2型碘滴鼻丁胺脱碘酶内的泛素诱导的构象变化用作调节其二聚化和催化活性的开关,其控制甲状腺激素作用(
      • SAGAR G.D.
      • Gereben B.
      • Callebaut I.
      • Mornon J.P.
      • ZeöldA.
      • Da Silva W.S.
      • Luongo C.
      • 伪造米
      • Tente S.M.
      • 弗雷塔斯B.C.
      • 哈尼J.W.
      • Zavacki上午
      • Bianco A.c.
      脱碘酶二聚体内的泛素诱导的构象变化是开关调节酶活性。
      )。
      在泛素化过程中,泛素 - 蛋白质连接酶(E3)
      使用的缩写是:
      E3
      泛素 - 蛋白质连接酶
      Go-BP.
      基因本体 - 生物过程
      Go-MF.
      基因本体 - 分子功能
      GO-CC.
      基因本体 - 细胞组分
      PPI.
      蛋白质 - 蛋白质相互作用
      ke
      Kyoto基因和基因组的百科全书
      APC.
      促进复合物。
      1使用的缩写是:E3
      泛素 - 蛋白质连接酶
      Go-BP.
      基因本体 - 生物过程
      Go-MF.
      基因本体 - 分子功能
      GO-CC.
      基因本体 - 细胞组分
      PPI.
      蛋白质 - 蛋白质相互作用
      ke
      Kyoto基因和基因组的百科全书
      APC.
      促进复合物。
      通过识别脱普化的底物蛋白来调节特定功能的关键作用。各种不同E3s及其基质特异性的存在表明,降解过程是细胞调节网络中的重要调节机制之一,由E3S专门控制。因此,关于E3s的底物特异性的全面知识可以增强对细胞过程调节机制的理解。
      毫不奇怪,发表的出版文献的迅速增长的身体描述了E3S为其底物的新型调节机制。例如,可以通过网格术语“泛素”检索~30,000型摘要,并通过网眼术语“泛素 - 蛋白质连接酶或E3连接酶”(2011年9月)来检索17,000摘要。然而,这些散射数据尚未完全集成到综合的E3底物网络中,因此不能以系统的方式分析E3介导的调节机制。最近,专门的数据库,如ubiprot(
      • chernorudskiy a.l.
      • 加西亚A.
      • Eremin E.v.
      • Shorina A.。
      • Kondratieva e.v.
      • Gainullin M.R.
      Ubiprot:ubiquitylated蛋白的数据库。
      )和scud(
      • Lee W.C.
      • lee m.
      • Jung J.W.
      • Kim K.P.
      • 金D.
      Scud: 酿酒酵母酿酒酵母 泛it努力数据库。
      ),提供有关来自包括几种高通量蛋白质组学研究的数十种研究制品的E3S及其基材的信息。然而,这些数据库仅含有少量的E3底物特异性(低于200,主要用于酵母),这不足以描绘E3S在不同细胞功能中的调节作用。 E3miner(
      • 李H.
      • 易G.S.
      • 公园J.C.
      E3miner:用于泛素蛋白质蛋白质酶的文本挖掘工具。
      ),用于自动提取E3相关数据的文本挖掘工具,可以从Medline摘要成功获取大量E3S及其特定基板,但E3miner的文本挖掘方法不适用于公共数据库中的有价值的数据关于蛋白质(如Uniprot)的信息目录。
      尽管泛素化介导的监管机制对不同的细胞过程的重要性,但没有系统努力为E3介导的监管网络构建具有广泛的蜂窝功能类别的系统范围的分析框架。这主要是由于缺乏综合的E3 - 衬底特异性数据。 kegg(
      • Kanehisa M.
      • goto s.
      • Hattori M.
      • Aoki-Kinoshita K.F.
      • ITOH M.
      • 川司玛斯。
      • Katayama T.
      • Araaki M.
      • Hirakawa M.
      从基因组学到化学基因组学:Kegg的新发展。
      ),细胞途径最全面的资源之一,包括201人类的201个生物途径,但泛素化关系仅在14个途径中发现,具有32个E3衬底关系,由14个E3和26个基材组成。通过这种少量的E3衬底关系信息,复杂的E3特异性调节机制不能正确描绘。 E3可以以各种功能类别调节多个基板,并且每个基板可以由多个E3s调节。这些关系可以组织为针对多种细胞途径的E3特异性模块化调控活动的网络。例如,促进促进复合物(APC)/环状体靶向细胞周期的关键调节剂,如细胞周期和它们的相关激酶(
      • Peters J.M.
      促进复合体/环状物的后期:设计用于破坏的机器。
      )。我们有组织的数据表明,APC /环体特异性底物也靶向超过10个其他E3。这些E3衬底关系的整合视图可以通过E3介导的降解来阐明细胞周期的协同或替代规例。在P53的情况下,调节各种抗癌机制,如DNA修复,细胞周期骤停和凋亡的肿瘤抑制剂(
      • 李J.T.
      • 顾w.
      P53泛素化的多水平调节。
      ),多种E3S参与其泛素化和降解。我们的分析结果表明,P53由20种不同的E3调节,其中12种显示它们的基材组的统计学上显着的功能特异性,所述基材组用于特定的细胞过程。
      通过沿着网络沿着网络的e3特异性基板的功能特异性加入E3特异性功能调节网络,可以更正确地描绘复杂的细胞调节过程。可以通过分析各个基材的常用功能来组织E3S和其特定基材的功能性调节网络。例如,可以通过将E3基团整合调节每个E3调节的每种途径和途径基团来构建E3特异性的生物途径网络。为了满足这一挑战,有必要全面地收集E3基板的特异性,并建立一个框架,以集成E3特定基板的网络及其特定功能。
      我们开发了E3Net,试图提供全面的可用E3S及其基板的集合,以及分析E3 - 衬底网络和功能含义的系统框架。通过从UniProt中提取来自Medline摘要和丰富的文本描述,通过文本挖掘方法和手动检查以及从高吞吐量实验集成愈合数据来最大限度地提取E3S及其基板的集合
      • 安德鲁斯P.S.
      • 施耐德S.
      • 杨E.
      • Michaels M.
      • 陈H.
      • 唐杰。
      • Emkey R.
      利用蛋白质微阵列鉴定SMURF1泛素连接酶活性的底物。
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      • Merbl Y.
      • Kirschner M.W.
      使用细胞提取物和蛋白质微阵列大规模检测泛素素底物。
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      • HörS.
      • Ziv T.
      • Admon A.
      • Lehner P.J.
      细胞培养和差分血浆膜蛋白质组定量氨基酸稳定同位素标记鉴定3月9日跨膜E3连接酶的新底物。
      ,
      • Yen H.C.
      • elldege s.j.
      全球蛋白质稳定性分析鉴定SCF泛素连接酶底物。
      ,
      • seyfried n.t.
      • 徐P.
      • Duong D.M.
      • 诚变。
      • 汉福J.
      • 彭J.
      验证泛染蛋白质组的系统方法。
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      • Manzano C.
      • 亚伯拉罕Z.
      • lópez-torrejóng。
      • Del Pozo J.C.
      鉴定泛素蛋白质 拟南芥.
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      • 周T.
      • 梁B.
      • 苏G.Y.
      • 锣W.L.
      • 李H.Y.
      • 田L.F.
      • 他k。
      • 赵杰。
      • 男人J.H.
      • 李T.
      • 李W.H.
      • 张Z.Y.
      • 王C.H.
      • 李A.L.
      • 刘H.
      • 潘X.
      • 张P.J.
      • 金B.F.
      • 张凌。
      使用基于细胞的阵列鉴定泛素靶蛋白。
      ,
      • 市长T.
      • Graumann J.
      • 布莱恩J.
      • maccoss m.j.
      • deshaies r.j.
      Ubiquitylated蛋白的定量分析显示了由RPN10受体途径影响的蛋白酶体基材和基底曲目。
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      • Maor R.
      • 琼斯阿。
      • NühseT.S.
      • Studholme D.J.
      • Peck S.C.
      • Shirasu K.
      植物中普遍蛋白质蛋白质的多维蛋白质识别技术(Mudpit)分析。
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      • jeon h.b.
      • Choi E.S.
      • yoon J.H.
      • Hwang J.H.
      • 昌J.W.
      • 李娥。
      • Choi H.W.
      • 公园Z.Y.
      • yooy.j.
      蛋白质组学方法鉴定小鼠心脏中染色蛋白质的方法。
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      • Gupta R.
      • kus b.
      • Fladd C.
      • Wasmuth J.
      • Tonikian R.
      • 西德斯。
      • krogan n.j.
      • 帕金森J.
      • 旋转D.
      使用蛋白质微阵列的泛素筛网进行酵母中RSP5底物的综合鉴定。
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      • 丹尼斯N.J.
      • vasilescu J.
      • 兰伯特J.P.
      • 史密斯J.C.
      • FIGEYS D.
      泛素标准的胰蛋白酶消化揭示了通过质谱法鉴定普遍蛋白质的改进策略。
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      • Tagwerker C.
      • 轻弹K.
      • 崔米
      • Guerrero C.
      • 窦啊。
      • 奥尔B.
      • Baldi P.
      • 黄兰
      • Kaiser P.
      在完全变性条件下进行两步纯化的串联亲和标签:在泛素分析和蛋白质复合物鉴定中的应用结合 体内 cross-linking.
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      • vasilescu J.
      • 史密斯J.C.
      • 梯队M.
      • FIGEYS D.
      免疫亲和力纯化和质谱法从人MCF-7乳腺癌细胞中染色蛋白质的蛋白质组学分析。
      ,
      • 市长T.
      • Lipford J.r.
      • Graumann J.
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      • deshaies r.j.
      络合蛋白缀合物的分析表明,RPN10底物受体有助于多种蛋白酶体靶的转换。
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      • Matsumoto M.
      • 哈克萨达玛斯。
      • Oyamada K.
      • 奥达Y.
      • Nishimura T.
      • Nakayama K.I.
      对人泛素相关蛋白质组的大规模分析。
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      • kus b.
      • Gajadhar A.
      • 斯坦尔k。
      • Cho R.
      • 太阳W.
      • 鲁鲁德
      • 李T.
      • 陈德。
      • Wolting C.
      • 爱德华兹A.
      • 博斯赛尔。
      • 旋转D.
      高通量筛网识别遍突粘蛋白连接酶RSP5的底物。
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      • Kirkpatrick D.S.
      • Weldon S.F.
      • TSAPRAILIS G.
      • Liebler D.C.
      • gandolfi a.j.
      从人体细胞中表达他标记的泛素的人细胞蛋白质组学鉴定。
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      • 彭J.
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      • Thororen C.C.
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      一种了解蛋白质泛素的蛋白质组学方法。
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      • hitchcock a.l.
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      • 银P.A.
      据响应内质网状降解机械中的突变而难以染色膜相关蛋白的副。
      ),Ubiprot和scud。这种基本上增强的E3衬底特异性数据使我们能够建立综合的E3介导的监管网络,这些监管网络涉及不同的细胞过程,从E3特定基材的功能丰富分析中具有12种不同公开的功能类别资源的功能术语。我们还在E3NET中实施了交互式分析和导航工具,为E3特定的监管网络提供了系统分析的框架。在该框架中,用户可以为每个E3特定的基板组创建所有已识别的功能术语的集成视图,以及一起与每个功能术语相关的多个E3。
      总之,E3NET将通过掺入E3介导的调节网络的整合视图来增强对细胞调节机制进一步调查的理解和可能性。为了说明E3NET在细胞调节过程研究中的适用性,我们展示了关于细胞周期中指定的E3介导的调节模块的一体化视图的两种情况,以及对P53的E3介导的调节模块的系统搜索,具有其功能影响。

      实验步骤

      E3NET由数据库,分析工具和Web服务接口组成。 Fig. 1 呈现系统配置的摘要,下面描述系统的细节。
      图缩略图GR1.
      Fig. 1E3Net的数据收集,分析和表示的示意图。 从文本资源和公共泛素化数据中提取E3S,底物及其特异性。提取的E3特异性底物基团的功能性富集分析鉴定了各种公共功能类资源中具有功能术语的底物组的功能特异性。组织E3 - 基板网络及其特定功能以构建E3介导的监管网络的综合数据库,以进行特定功能。基于Web的E3Net系统为E3 /基板和特定函数术语提供搜索接口,并显示有组织文本和图形插图的输出。此外,E3NET中的一组嵌入式分析和导航工具使用户能够探索其兴趣的E3介导的监管网络的进一步特征。

       数据采集

       E3S,基质及其特异性

      我们通过使用文本挖掘方法从文献和Uniprot数据库中提取了E3基板特异性数据。文本挖掘过程旨在提取E3S,基材及其从梅德林摘要和UNIPROTKB / SWISS-PROM评论中的特异性, IE。 文本描述在Uniprot蛋白质记录的评论领域中,其中包含有关E3S,底物及其特异性的丰富句子。可以在这些文本挖掘步骤的详细描述 补充材料。目前,我们定位了14,133篇文章的Medline语料库和由14,167次记录组成的UNIPROTKB / SWISS-PROM语料库,其中包含关于E3和底物的关键字,例如“E3”,“泛素蛋白质连接酶”,“泛素连接酶”,“泛素连接酶”和“泛滥。“除了从文本资源收集的E3底物特异性,来自高吞吐量实验的数据(
      • 安德鲁斯P.S.
      • 施耐德S.
      • 杨E.
      • Michaels M.
      • 陈H.
      • 唐杰。
      • Emkey R.
      利用蛋白质微阵列鉴定SMURF1泛素连接酶活性的底物。
      ,
      • Merbl Y.
      • Kirschner M.W.
      使用细胞提取物和蛋白质微阵列大规模检测泛素素底物。
      ,
      • HörS.
      • Ziv T.
      • Admon A.
      • Lehner P.J.
      细胞培养和差分血浆膜蛋白质组定量氨基酸稳定同位素标记鉴定3月9日跨膜E3连接酶的新底物。
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      • Yen H.C.
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      全球蛋白质稳定性分析鉴定SCF泛素连接酶底物。
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      • seyfried n.t.
      • 徐P.
      • Duong D.M.
      • 诚变。
      • 汉福J.
      • 彭J.
      验证泛染蛋白质组的系统方法。
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      • Manzano C.
      • 亚伯拉罕Z.
      • lópez-torrejóng。
      • Del Pozo J.C.
      鉴定泛素蛋白质 拟南芥.
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      • 周T.
      • 梁B.
      • 苏G.Y.
      • 锣W.L.
      • 李H.Y.
      • 田L.F.
      • 他k。
      • 赵杰。
      • 男人J.H.
      • 李T.
      • 李W.H.
      • 张Z.Y.
      • 王C.H.
      • 李A.L.
      • 刘H.
      • 潘X.
      • 张P.J.
      • 金B.F.
      • 张凌。
      使用基于细胞的阵列鉴定泛素靶蛋白。
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      • 市长T.
      • Graumann J.
      • 布莱恩J.
      • maccoss m.j.
      • deshaies r.j.
      Ubiquitylated蛋白的定量分析显示了由RPN10受体途径影响的蛋白酶体基材和基底曲目。
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      • Maor R.
      • 琼斯阿。
      • NühseT.S.
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      • Peck S.C.
      • Shirasu K.
      植物中普遍蛋白质蛋白质的多维蛋白质识别技术(Mudpit)分析。
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      • jeon h.b.
      • Choi E.S.
      • yoon J.H.
      • Hwang J.H.
      • 昌J.W.
      • 李娥。
      • Choi H.W.
      • 公园Z.Y.
      • yooy.j.
      蛋白质组学方法鉴定小鼠心脏中染色蛋白质的方法。
      ,
      • Gupta R.
      • kus b.
      • Fladd C.
      • Wasmuth J.
      • Tonikian R.
      • 西德斯。
      • krogan n.j.
      • 帕金森J.
      • 旋转D.
      使用蛋白质微阵列的泛素筛网进行酵母中RSP5底物的综合鉴定。
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      • 丹尼斯N.J.
      • vasilescu J.
      • 兰伯特J.P.
      • 史密斯J.C.
      • FIGEYS D.
      泛素标准的胰蛋白酶消化揭示了通过质谱法鉴定普遍蛋白质的改进策略。
      ,
      • Tagwerker C.
      • 轻弹K.
      • 崔米
      • Guerrero C.
      • 窦啊。
      • 奥尔B.
      • Baldi P.
      • 黄兰
      • Kaiser P.
      在完全变性条件下进行两步纯化的串联亲和标签:在泛素分析和蛋白质复合物鉴定中的应用结合 体内 cross-linking.
      ,
      • vasilescu J.
      • 史密斯J.C.
      • 梯队M.
      • FIGEYS D.
      免疫亲和力纯化和质谱法从人MCF-7乳腺癌细胞中染色蛋白质的蛋白质组学分析。
      ,
      • 市长T.
      • Lipford J.r.
      • Graumann J.
      • 史密斯G.T.
      • deshaies r.j.
      络合蛋白缀合物的分析表明,RPN10底物受体有助于多种蛋白酶体靶的转换。
      ,
      • Matsumoto M.
      • 哈克萨达玛斯。
      • Oyamada K.
      • 奥达Y.
      • Nishimura T.
      • Nakayama K.I.
      对人泛素相关蛋白质组的大规模分析。
      ,
      • kus b.
      • Gajadhar A.
      • 斯坦尔k。
      • Cho R.
      • 太阳W.
      • 鲁鲁德
      • 李T.
      • 陈德。
      • Wolting C.
      • 爱德华兹A.
      • 博斯赛尔。
      • 旋转D.
      高通量筛网识别遍突粘蛋白连接酶RSP5的底物。
      ,
      • Kirkpatrick D.S.
      • Weldon S.F.
      • TSAPRAILIS G.
      • Liebler D.C.
      • gandolfi a.j.
      从人体细胞中表达他标记的泛素的人细胞蛋白质组学鉴定。
      ,
      • 彭J.
      • 施瓦茨D.
      • eliasj.e.
      • Thororen C.C.
      • 诚变。
      • Marsischky G.
      • Roelofs J.
      • 芬利D.
      • Gygi S.P.
      一种了解蛋白质泛素的蛋白质组学方法。
      ,
      • hitchcock a.l.
      • AULD K.
      • Gygi S.P.
      • 银P.A.
      据响应内质网状降解机械中的突变而难以染色膜相关蛋白的副。
      )和公共泛括号数据库(Ubiprot(
      • chernorudskiy a.l.
      • 加西亚A.
      • Eremin E.v.
      • Shorina A.。
      • Kondratieva e.v.
      • Gainullin M.R.
      Ubiprot:ubiquitylated蛋白的数据库。
      )和scud(
      • Lee W.C.
      • lee m.
      • Jung J.W.
      • Kim K.P.
      • 金D.
      Scud: 酿酒酵母酿酒酵母 泛it努力数据库。
      ))也集成到我们的数据库中。在提取E3S,底物及其特异性之后,我们进一步组织了关于E3络合物及其个体亚基蛋白的信息,因为E3配​​合物的组装与其他蛋白质是许多E3的泛素连接酶活性的先决条件。为了组织E3复合物,我们通过使用文本挖掘模块从Medline摘要和Uniprot评论中提取e3复合物的提升来确定在我们的数据集中识别E3复合物。在E3复合物的多个亚基中,将与基板的特异性赋予特异性的蛋白质被标记为基板识别组分。例如,SCF复合物由SKP-,CULLIN-,F盒和含环盒的蛋白质组成;含F盒的蛋白质是底物识别组分,其与特定靶衬底缀合物。此外,我们通过使用PFAM注释将E3S与其E2绑定域(如HECT,RING和U BOX)分类。未在PFAM中注释的E3S根据单位和文献中的描述手动指定或仍然是未分类的类别。

       功能类别

      要构建全面的专业功能信息集,我们将从12个现有的功能类别资源收集函数术语:19,076 Go(
      • ashburner m.
      • 球C.A.
      • 布莱克J.A.
      • Botstein D.
      • 巴特勒H.
      • 樱桃准晚
      • 戴维斯A.P.
      • Dolinski K.
      • 德怀特S.S.
      • EPPIG J.T.
      • 哈里斯M.A.
      • 山D.P.
      • ISSEL-TARVER L.
      • Kasarskis A.
      • 刘易斯S.
      • Matese J.C.
      • Richardson J.E.
      • Ringwald M.
      • 鲁宾上午
      • Sherlock G.
      基因本体:生物学统一的工具。基因本体组织。
      )生物过程(GO-BP)术语,8729 Go分子功能(GO-MF)术语,2737 Go Cellular组分(Go-CC)术语,Uniprot中的415个生物过程关键词(
      • Magrane M.
      • 联盟U.
      UNIPROT知识库:集成蛋白质数据的集线器。
      )(kW-bp),在Uniprot(kW-mf)中的238个分子功能关键词,Uniprot(kW-cc)中的130个细胞组分关键词,Uniprot(Kw-Dom)中的35个结构域关键词,144个疾病关键词,在Uniprot(Kwdi) ,PFAM的11,912个蛋白质家族(
      • 芬恩r.d.
      • 朦胧J.
      • 泰特J.
      • Coggill P.
      • 哈吉尔A.
      • Pollington J.E.
      • Gavin O.L.
      • gunasekaran p.
      • CERIC G.
      • Forslund K.
      • HOLM L.
      • Sonnhammer E.L.
      • 艾迪S.R.
      • Bateman A.
      PFAM蛋白质家族数据库。
      )(PFAM),COFECO中的28,780个蛋白质复合物(
      • 太阳C.H.
      • 金马
      • 韩义。
      • 易G.S.
      COFECO:蛋白质复杂数据富集的复合功能注释。
      )(comp),352 kegg(
      • Kanehisa M.
      • goto s.
      • Hattori M.
      • Aoki-Kinoshita K.F.
      • ITOH M.
      • 川司玛斯。
      • Katayama T.
      • Araaki M.
      • Hirakawa M.
      从基因组学到化学基因组学:Kegg的新发展。
      )途径(Kegg)和2626 OMIM(
      • Amberger J.
      • Bocchini C.A.
      • 斯科特A.F.
      • HAMOSH A.
      Mckusick在Man的在线孟德利亚遗产(OMIM(R))。
      )疾病(OMIM)。此外,我们根据信息的类型,将功能类别资源分为七组:分子功能(GO-MF和KW-MF),蛋白质(PFAM和KW-DOM),蛋白质复合物(COFECO),途径(KEGG) ,细胞过程(CO-BP和KW-BP),细胞定位(GO-CC和KW-CC)和疾病(OMIM和KW-DI)。

       E3介导的监管网络建设

      为了构建E3特异性底物网络,我们将E3特异性衬底组集成了各个E3底物特异性数据。为了表征这些E3特异性底物基团的功能,我们对具有收集的函数术语的每个衬底组进行了功能性富集分析。对于每个E3的函数术语具有重要富集的功能术语,我们试图构建由特定E3s调节调节的蜂窝功能综合网络,其可以完全描绘E3特异性底物组和蜂窝功能之间的关系特性。 UNIPROT访问用作统一标识符,用于映射E3 - 基板网络和函数术语之间的蛋白质条目。给定基质组和特定函数术语的富集程度通过如Cofeco(
      • 太阳C.H.
      • 金马
      • 韩义。
      • 易G.S.
      COFECO:蛋白质复杂数据富集的复合功能注释。
      )。通过Bonferroni校正调整了丰富分数,以纠正误报的发生。具有校正的函数术语 p 在给定的功能类别中建议低于0.01的值。对于途径类别,选择阈值被松动到校正 p 值低于0.05,以突出更多E3介导与途径相关的规定。在将每个术语的成员重建与分层结构下的所有子项术语重建后,计算Go和Uniprot关键字术语的浓缩分数。所有E3特异性衬底组的富集结果都是在关系数据库中组织的,使得可以搜索和跟踪E3S,基板和功能之间的关系。该关系结构介绍了E3 - 基板功能网络,其促进从E3S开始从E3到函数术语或函数术语的划分到E3S的函数。用户可以在系统的基于Web的界面中嵌入的分析工具以交互式地获取网络的总结和可视化信息。

       Web界面和嵌入式分析功能

       搜索界面

      E3NET提供两种类型的文本搜索接口:E3 /基板搜索和功能术语搜索。 E3 /基板搜索界面支持UNIPROT ID / AC,蛋白质/基因名称,E3类型(亚基组成和域子类)的输入查询,以及NCBI分类ID /名称(用于搜索有机体中的整个条目)以获得E3或基础特定报告。或者,用户可以通过使用函数术语搜索界面中的术语ID / NAME或NCBI分类ID /名称的输入查询来获取面向功能的报告。

       输出和分析界面

      E3NET生成三种形式的输出接口:E3-,基板和以功能为导向的报告。基本上,E3S,基板和函数术语的所有标识符彼此互连,并以可用的内部或外部数据互连,以允许用户追踪或比较相关信息。可以通过总结和过滤预算的功能性富集结果的功能来生成和分析输出,并使用户能够对所选蛋白质进​​行功能性富集分析。输出接口还具有网络分析功能,可视化和互动地驾驶E3基板网络和Kegg路径。 E3或基板报告总结了查询蛋白及其相关的基板的一般信息,或者提供了E3衬底网络的图形图。所有E3S,基板及其特异性都以其源信息注释,包括句子,如果可用。一般信息包括蛋白质的名称,ID和注释功能。 E3报告在统一表中的各种功能类别中提供了相关的基质及其显着丰富的函数术语,每个函数术语都与其函数报告相关联。 E3报告上的基板可以通过单独或常见的函数来分组。这些常用类型功能类别的常用函数术语可以分组为共调节功能。另外,E3和基板报告包含提供E3基板网络视图的图形界面。在该界面中,可以通过共享基板或E3s扩展给定E3和基板的网络。用户可以在该界面中选择E3S和兴趣的基板,并为它们独立对功能进行功能丰富分析。当用户在有几种可能的矛盾解释或尚未覆盖的几个新发现时,这些功能对于用户来说,可以获得自己的解释。每个E3基板网络视图与富集的Kegg路径的图形界面相关联。该功能报告显示了功能术语相关蛋白的分离列表,并且对于具有函数术语的显着富集的E3s,并且再次,列表中的每个E3或衬底与其E3或基材报告相关联。在Kegg路径的情况下,通过在图形界面中的相关E3S和基板的亮点可视化通路图。用户可以通过使用用于Kegg路径和E3 - 基板网络的两个互连的图形接口依次探索Kegg路径和相关的E3基板网络。

       系统实现

      使用Oracle 10g构建E3NET的数据库,Web界面使用Java Server页面和Apache Tomcat 5.5服务器上的JavaScript实现,该服务器在CentOS 5.5 Linux服务器上配置。所有内部功能都以Java语言编程,并且使用Cytoscape Web的库实现了E3-衬底网络的可视化(
      • LOPES C.T.
      • Franz M.
      • Kazi F.
      • Donaldson S.L.
      • 莫里斯Q.
      • 糟糕的G.D.
      Cytoscape Web:基于交互式Web的网络浏览器。
      )。

      结果

       E3 - 衬底网络的数据统计

      我们构建了一个综合的E3S,基板,以及从文本资源(MEDLINE摘要和UNIPROT评论),高吞吐量实验和公共泛括号数据库(Ubiprot和Scud)所收集的综合性数据库。通过数据收集,我们在427个生物中获得2201 e3s和4896个底物,在493 e3s和1277个底物中的42个生物中的1671个E3底物特异性(42个生物)(Fig. 2, AB)。大多数收集的E3S可以通过UNIPROT评论的文本挖掘过程获得,其涵盖E3NET中所有E3S的91.3%(2009年2201)。另一方面,基板数据在不同的资源上散射而无需多大冗余,表明综合方法的必要性。从Medline摘要中提取69.9%(1168个1671个)收集的E3-底物特异性,结果是收集E3基板关系的最有价值的资源。如图所示 Fig. 2A,Medline摘要,Uniprot评论和高吞吐量实验是三个主要和有价值的资源,建立一个综合的E3介导的监管网络数据库。 Ubiprot和Scud含有相对少量的E3,底物和特异性,因为它们的许多数据是从对酵母蛋白进行的几个高通量实验的结果中收集的。在从Ubiprot和Scud,78 e3-衬底特异性(Ubiprot:55,Scud:50)中没有从E3Net文本挖掘过程或高吞吐量实验中获得的205个E3底物特异性,将新添加到我们的数据库中。要检查新的特殊性是否是我们的文本采矿过程的假否定,我们将单独检查这些特异性的参考文章。对于Ubiprot,在新添加的55 e3-底物特异性中,在文章的全文中描述了34种特异性,而不是在摘要中。此外,12种特异性没有参考文章。剩下的九个特异性是我们的文本挖掘过程的错误否定。对于Scud,在新补充的50个E3-底物特异性中,物品的全文中描述了41个特异性。剩下的九个特异性是我们的文本挖掘过程的错误否定。
      图缩略图GR2.
      Fig. 2E3NET的数据统计信息。 A,每个资源的收集数据的统计数据。 B,对每种类型(亚基组合物和结构域亚类)和E3s的生物体的收集数据的统计数据。人底物中的几个数字由两个值组成:首先表示人中的基板的数量,第二个值表示病毒基材的数量。 C,分布E3衬底连接。这 上图 显示单个E3s的基板连接的分布,以及 下图 显示各个基板的E3连接的分布。 D,E3Net中收集的基板的功能分布24个选定的GO-BP术语。该比率表示与术语相关的所有蛋白质中与给定术语相关的底物的比例。
      在我们的数据库中,e3s,其特定底物是已知的,根据其亚基组合物(单亚基E3或E3复合物)和E2结合结构域(Hect,Ring,Or Box)分类为几个亚组。结果,鉴定了339个单亚基E3s和154个E3络合物,分别涉及1215和456个E3底物特异性,而另一个E3和底物没有特定关系(Fig. 2B)。有组织的数据存储在关系数据库中。在人中,估计500-600 e3s以导致底物蛋白的降解(
      • Wilkinson K.D.
      • Ventii K.H.
      • Friedrich K.L.
      • mullally J.E.
      泛素信号:组装,识别和终止。
      ),而E3NET收集415名人E3S,涵盖估计的E3的69-83%。大多数E3复合物是Cullin的环型E3S,包括SCF(SKP1-CUL1-F盒),ECS(Elonginb / C-C-Cul2 / 5-SoCS盒),BCR(BTB Box-Cul3-RBX1)和DCX (DDB-CUL4-X盒)(
      • Petroski M.D.
      • deshaies r.j.
      Cullin环泛素连接酶的功能和调节。
      )。我们确定了复合物的特异性与其基材识别组件, 例如 F盒,SOCS盒,BTB盒和含X盒的蛋白质。在我们的数据库中唯一属于非振铃型E3的唯一E3复合体是人类E6-E6AP复合体。 E6AP(UBE3A)识别和泛骨素,具有或不具有适配蛋白质的底物。对于几个基质,它与E6结合E6构建E3复合物,以表现出遍历蛋白连接酶活性。我们的数据包括16个单轴E3,不属于任何主要域子类。据报道,这些E3S通过其他域具有连接酶活性, 例如 A20蛋白的A20 ZnF结构域(
      • Shembade N.
      • Parvatiyar K.
      • harhaj n.s.
      • harhaj ew.
      泛素编辑酶A20需要RNF11来下调NF-κB信号传导。
      ),P300的C / H1域(EP300)(
      • 格罗斯曼S.R.
      • Deato M.E.
      • Brignone C.
      • 陈苗
      • Kung A.L.
      • Tagami H.
      • Nakatani Y.
      • Livingston d.m.
      P53通过P300的泛素连接酶活性的P53。
      ),阳离子酶的C末端胱天蛋白酶样域(
      • 周H.
      • Wertz I.
      • O'Rourke K.
      • ultsch m.
      • Seshagiri S.
      • EBY M.
      • 小W.
      • Dixit V.M.
      BCL10通过NEMO的泛素激活NF-κB途径。
      ),E4F1的氨基酸41-85区(
      • Le Cam L.
      • Linares L.K.
      • 保罗C.
      • 朱利安E.
      • LaCroix M.
      • 孵化E.
      • Triboulet R.
      • BOSSIS G.
      • Shmueli A.
      • Rodriguez M.S.
      • coux o.
      • SARDET C.
      E4F1是一种非典型泛素连接酶,其调节P53效应器功能独立于降解。
      )和Cys-Plus-His-Rich的Kaposi的Sarcoma相关Herpesvirus RTA(
      • 古怪F.
      • 哈里森S.M.
      • 呵呵..
      • 白豪A.
      Kaposi的肉瘤相关的Herpesvirus RTA通过泛素蛋白酶体途径促进Hey1阻遏蛋白的降解。
      )。这些E3S分为未分类的类别。在文本挖掘过程中,几种病毒E3S,例如免疫缺陷病毒类型1(HIV-1)VIAIL感染因子(VIF),形成基于CUL5的E3络合物,因为它们具有许多类似的同源蛋白质病毒类型。为避免冗余,我们只需要一个进入病毒E3s的条目。可以有新的共识或变体来定义E3连接酶的子类,因为该领域的研究正在增长。我们将尝试更新E3连接箱分类的主要变更。此外,E3NET旨在支持用户除了E3连接酶的主要子类之外,还支持具有特定于域信息的更具体的子类。 E3Net提供接口,以探索E3连接酶和函数术语之间的关联,如“实验程序”下的“输出和分析界面”下所述。可以在E3 / Simp Report页面中找到任何E3的相关域列表,每个域的E3S列表可以在域(函数)术语报告页面中进行排序。例如,如果具有IBR域的特定e3连接酶的e3 pigase是感兴趣的,则可以在函数报告页面中搜索“ibr域”,并获取Lubac Complex,Parkin,ARIH2,RNF144B等e3连接酶列表,如此上。从E3NET中的此域相关信息,用户可能会发现更多特定的E3连接域系列及其特定于域特征。
      我们的E3衬底特异性数据显示了ubiquinated多个基板的E3s的高比例和由多个E3s调节的底物的相对低的比例。 Fig. 2C 显示〜44.8%的E3s与多个底物相互作用,而~19.8%的基材与多个E3相互作用。在我们的数据中,显示最高底物连接的E3是人类SMURF1和酵母RSP5,其分别与92和90个基板相互作用。高吞吐量识别方法可能提供机会获得SMURF1和RSP5的高基板连接。然而,对于大部分E3s,它们的基材信息来自异质个体实验。分别是人CBL和芯片(Stub1),例如,泛素素38和35个基质,并且这些关系从每个E3的多于130个不同的资源收集。显示高E3连接性的底物是相对较小的,但是我们可以找到一种典型的例子,如人p53,其被鉴定为23种不同的E3s调节。 E3的高衬底连接表明E3可能是多种细胞过程中的关键调节蛋白。
      虽然E3NET集成了各种资源,但收集的基板仍然涵盖估计普遍靶标的一小部分。考虑到人类基因组编码20,000-25,000个蛋白质和〜80%的蛋白质降解(
      • 汉堡上午
      • Seth A.K.
      泛素介导的蛋白质降解途径:治疗意义。
      ,
      • von mikecz A.
      核泛素 - 蛋白酶体系。
      ),在E3NET中收集的1590个人底物仅覆盖整个估计的底物的6-8%。我们想检查我们是否可以构建一个覆盖大多数细胞过程的E3介导的监管网络,这最大但仍有有限数量的E3衬底关系。我们检查了GO生物过程的收集基材的功能分布(GO-BP)。有6231个GO-BP术语,具有一种或多种相关的人类UNIPROT加入,E3NET中的人底物富集5172术语。当我们考虑19个GO-BP术语时,从根术语(GO:0008150;生物_Process)是一个,我们的基材富集有17个这些术语。不富含底物的两种术语包括非常小的成员蛋白:GO:0015976(碳利用)与三种蛋白质相关,并与四种蛋白质相关联:0007587(糖利用)。然后,我们在包括人,小鼠和酵母的三个主要生物中评估了Go-BP术语和我们的基质数据之间的关联程度。为此,我们以一种方式选择了24个代表性的Go-BP术语,其保持成员蛋白的数量的平衡,并在所选术语中最小化相关蛋白质的重叠。在该分析中可以测试三种生物中的大约80%的底物。 Fig. 2D 表明,收集的基材富集了24个代表性的GO-BP术语,而没有严重偏置。这些结果意味着,即使使用该部分基板图,也可以在大多数蜂窝过程中导出E3介导的调节网络的特性。

       E3衬底网络的功能关联

      在全面收集的E3底物关系上,我们可以识别E3特异性底物基团的不同功能特征。首先,我们通过使用功能性富集分析研究了与E3特异性底物基团相关的功能特异性的一般方面。通过与其他蛋白质基团的比较,可以突出E3特异性底物基团的功能特异性。对于比较,我们选择了具有三种或更多种特定基材的66个人E3。对于66 e3s中的每一个,产生两种不同的随机蛋白质基团和E3相互作用蛋白质(E3-PPI)基团,其中成员蛋白的量与相应的E3特异性底物基团相同。每种随机蛋白质组含有从不同数据源随机选择的蛋白质组:从所有收集的底物中选择的随机底物基团,其选自Uniprotkb / Swiss-prot的随机Uniprot基团。每个E3-PPI组含有在组合蛋白质 - 蛋白质相互作用数据库中发现的每个E3的相互作用伴侣(
      • 韩义。
      • 太阳C.H.
      • 金马
      • 易G.S.
      二元蛋白质相互作用和共同复杂关联的组合数据库系统。
      )。这些相互作用的伴侣不一定是E3的基板。当它在功能类别中的一个或多个函数术语中富集时,蛋白质组被认为是显着的功能类别,其中包含一个或多个功能 p 值低于选择阈值。将显着富集的E3特异性底物基团与其他蛋白质组的结果进行比较。每个比较的蛋白质组产生五次,并且该比率的平均值用于比较。 Fig. 3A 显示12个所选功能类别资源的比较结果。在这种比较中,选择阈值被拧紧到一个 p 值低于0.001,以突出E3特异性底物基团和随机蛋白质基团的功能特异性的差异。在大多数功能类别中,E3特异性底物基团显示比随机蛋白质组的显着富集的群体更高的比例; 44.2%的E3特异性底物基团平均是超过12个功能类资源,其优于其他蛋白质基团的价值(E3-PPI:29.1%,随机底物:8.8%和随机UNIPROT:5.7%)。这种优势在各种各样的地方保持 p 价值截止 p < 0.1 to p <1.0E-10。该结果,特别是与E3-PPI进行比较表明许多E3特异性底物基团的成员显示出显着的功能特异性。相互作用蛋白组被广泛接受为功能相关的模块,并且通常用特定函数术语富集。因此,我们的结果表明E3特异性底物基团的平均功能相关性高于蛋白质 - 蛋白质相互作用基团的预期。当在KEGG和GO类别比较时,特别是在GO-BP中,尤其是在GO-BP中的函数特异性的优越性增加,这与其他功能类别良好的分类和更具体的蜂窝过程。相反,当在KW-DI或OMIM等疾病类别中比较E3特异性底物组时,重要组的比例并不如此甚至更低。这些功能类别描述了高阶表型,其术语可以由异质细胞功能中的基因组成。 OMIM中随机UNIPROT组的相对高比率可以是由于这些类别中具有相当数量的术语具有小成员蛋白的事实,从而降低了富集 p 值,即使相对少量的随机蛋白与函数术语匹配。
      图缩略图GR3.
      Fig. 3e3特定衬底组的模块化特征在其功能中。 A,大幅丰富的比例(p <0.001)蛋白质组在Kegg途径(KEGG)中具有特定功能术语(GO生物过程(GO-BP),UNIPROT(KW-BP)的生物过程关键词,GO分子功能(GO-MF),分子功能关键词的UNIPROT( KW-MF),GO细胞成分(GO-CC),UNIPROT(KW-CC),蛋白质复合物(COMP),蛋白质(PFAM),UNIPROT(KW-DOM),疾病的结构域关键词(OMIM )和Uniprot(KW-DI)的疾病关键词。 B,表示在66个人E3特异性底物基团和24个选定的GO-BP术语之间关联程度的热图。热图中颜色的强度表示负对数标度 p 通过对给定E3特异性底物组和GO-BP术语的富集分析计算的值。只有显着富集的结果 p 值以下0.01的值在图中彩色。
      我们进一步检查了个体E3特异性底物基团功能性关联的特征。存在一组E3特异性底物基团,对特定功能术语表示极高的特异性。例如,人CBL的基材组在PFAM中富含“酪氨酸激酶”(PF07714; p = 3.94E-32)。人CBL调节38个基质,其中20个富集术语。 拟南芥 COP1-SPA1复合物调节八个底物,所有这些含量在GO-BP中富含“红色或远红光信号通路(Phytochrome信号通路)”(GO:0010017; p = 1.37e-17)。酵母APC(CDC20)复合物调节10个底物,所有这些物质在GO-BP中富含“细胞周期阶段”(GO:0022403; p = 3.94e-9),其中九个富含“M阶段”(GO:0000279; 8.54E-8)。在我们的数据中,141 e3s具有三个或更多个特定的基材,并且对于74 e3s,所有的基材都与一个或多个特定函数术语显着富集 p 值小于0.001(104 e3s p <0.01)。整个富集的结果为296 e3s p 列出了0.001以下的值 补充表S1-S7.
      为了获得E3 - 基板网络的全面功能含义,我们试图将几乎所有可用的功能类别与每个E3特定的衬底组相关联。由于我们准备了大型功能类别的汇编,因此预计多个函数术语将与每个E3特定的衬底组相关联。事实上,平均而言,人们可以找到24分显着丰富(p <0.001)E3特异性衬底组的功能术语,其中e3NET中具有三个或更多个基板。在这次检查中,我们还通知了E3特异性衬底组可以通过其特定函数术语进行细分。例如,38个人CBL基材中的28个可以将其细分为三种显着富集的蜂窝功能。其中二十人在PFAM中富含“酪氨酸激酶”(p = 3.94E-32)。六个基质富含“神经营养素信号通路”在Kegg(p = 1.30e-2),与“酪氨酸激酶”共享一个基材。其中三名剩余成员在Go-MF中富集“细胞因子受体活动”(Go:0004896, p = 3.47e-2)。 18个底物的其他组合富含“内吞作用”(11个基质; p = 6.60e-7)和“焦粘连”(11个基板; p = 2.82E-6)。这两组彼此重叠,具有四个基板,其是酪氨酸激酶家族的成员。我们可以通过该分析来图解一个紧凑的功能曲目。通过E3NET启用的不同方法,将可以实现功能含义的进一步有意义的发现。实际上,E3NET的界面支持这种类型的分析,以便具有综合视图的E3特定衬底组的功能影响。 E3Net的目的之一是描绘由特定E3S调节的蜂窝功能网络。
      为了展示E3NET中功能网络的综合视图的示例,我们建立了一个热图,总结了在Go-BP中具有三个或更多个基板的66个人E3特异性衬底组之间的关联(图34B)。在热图中,每个细胞表明给定E3和功能术语的功能特异性程度。热图的两行和列由使用R包的曼哈顿距离和病房的标准进行聚类。此分析显示E3NET如何有助于找到E3基板网络的功能含义的特征。几个特定函数术语的几个E3特异性底物组显示出高度显着的富集分数; PRC1复合物包括几种组蛋白H2A变体作为其基材,富含“染色体组织”(GO:0051276; p = 6.33e-22)和“大分子复杂组件”(Go:0065003; p = 6.43E-17);已知APC(CDH1)复合物通过有丝分裂和G调节细胞周期进展1 phase (
      • Fasanaro P.
      • Capogrossi M.C.
      • Martelli F.
      泛素 - 蛋白酶体系的内皮细胞周期调节。
      ),富含“细胞周期”(GO:0007049; p = 1.03e-21); CBL,其泛滥蛋白酶富含蛋白激酶,富含“蛋白质氨基酸磷酸化”(GO:0006468; p = 2.64E-19),“细胞增殖”(GO:0008283; p = 1.51e-13)和“信号转导”(GO:0007165; p = 5.12E-13);和SCF(SKP2)复合物,其泛滥蛋白和降解细胞周期进展中的靶蛋白质,富含“细胞增殖”(GO:0008283; p = 9.53e-16)和“细胞周期”(GO:0007049; p = 1.08e-11)。这些E3特异性底物基团也显着富集Go-CC中的特异性细胞局部化术语; PRC1富含“核心”(GO:0000786, p = 4.43e-32); APC(CDH1)富含“核”(GO:0005634; p = 7.38e-7)及其儿童术语“主轴”(GO:0005819; p = 1.86E-14); CBL富含“质膜”(GO:0005886; p = 1.93E-9);和SCF(SKP2)富含“核”(GO:0005634; p = 7.85e-13)及其儿童术语“核状”(GO:0005654, p = 5.51e-15)。上述情况表明,E3特异性底物组的功能特异性随着两个不同类别的相关结果而变得更加清晰:Go-BP术语的蜂窝过程和蜂窝定位的GO-CC术语。我们可以通过使用E3Net中的功能类别的综合资源来找到涉及许多不同蜂窝功能的E3。 e3s,如MDM2和芯片(Stub1),以具有与许多函数术语的相对高的关联,而不是显示出极明显的富集 p 少数函数的价值。相反,包括“细胞周期”(GO:0007049),“细胞凋亡”(GO:0006915)和“信号转导”(GO:0007165)的功能术语,其中ubiquitination依赖的调节起到重要作用,似乎高度相关有很多E3s。有趣的是,我们发现itch,WWP1,SMURF2和NEDD4等Hect型E3S与类似的功能术语聚集在一起,尽管它们的底物特异性不同,表明Hect型E3的高功能特异性(补充图。S1)。这是个体E3衬底特异性和功能类别的综合整合也可用于提取E3S组的共同功能特征也是有用的。
      蛋白质降解通过确定蛋白质的细胞浓度来调节多种细胞过程的重要作用。在蛋白质降解过程中,通过其调节E3,可以将e3的一组靶蛋白分配在群体中。我们的分析表明,相当数量的E3S可以以高度特定的方式调节单个或多个蜂窝功能。这些关系可以组装为E3 - 基板函数网络,其提供了E3介导的函数规范的综合图。通过使用E3Net中嵌入的导航和分析工具,可以探索和总结E3S,基板及其相关函数术语之间的显着关系。 E3NET提供了一种有价值的资源,用于深入调查和系统分析泛素化的监管机制。 E3Net中的数据和分析结果具有很大的潜力,可以捕获E3特异性底物组的功能影响,并在综合视图中组织多个E3特异性底物组的调节模式。使用E3NET中的嵌入式工具的示例性分析过程在以下部分中进行了演示。

       分析框架案例1:途径特异性E3介导的调节的整合

      E3底物网络和生物途径的整合分析可以突出涉及途径的重要E3介导的调节模块。在这里,我们显示了E3Net的分析框架,其中包含单元循环过程的示例。在E3NET的功能术语搜索界面中,用户可以轻松搜索其兴趣的路径“人类细胞周期”,例如。 DEGGG的函数报告然后可视化细胞周期图,其中包含三个E3S和五个基板之间的五个泛素化关系。实际上,泛素化是控制细胞周期阶段之间进展的主要翻译后修饰之一(
      • Fasanaro P.
      • Capogrossi M.C.
      • Martelli F.
      泛素 - 蛋白酶体系的内皮细胞周期调节。
      )。然而,在当前的KEGG细胞周期中没有足够地描述普遍的规则。例如,已知SCF(SKP2)复合物在S相期间调节E2F1(
      • Fasanaro P.
      • Capogrossi M.C.
      • Martelli F.
      泛素 - 蛋白酶体系的内皮细胞周期调节。
      ),但在Kegg细胞周期中找不到这种关系。在这种情况下,E3和衬底都涉及途径,但它们之间没有泛素化关系。在其他情况下,甚至E3也不会出现在kegg细胞周期中。例如,已知SCF(FBXW7)复合物在S相期间调节CCNE1和MYC(
      • Fasanaro P.
      • Capogrossi M.C.
      • Martelli F.
      泛素 - 蛋白酶体系的内皮细胞周期调节。
      ),但在Kegg细胞周期中找不到SCF(FBXW7)复合物。
      E3NET支持通过提供集成的E3 - 衬底网络及其相关途径来查找此有价值的E3路径关系。使用E3Net,我们分析了在Kegg中富含人细胞周期的14个E3特异性底物基团(p <0.05)和40个E3衬底关系在Kegg细胞周期中鉴定出来; 23五e3s的关系已经参与了细胞周期,新增九个E3的17个关系。这些调查结果总结在 Fig. 4A。在这种富含富含富含富含的细胞周期中,发现潜在的泛素化介导的调节核,例如CIP1(CDKN1A)和P53(TP53); CIP1和P53分别由五个和四个细胞周期相关E3S染色。通过使用E3NET的功能,可以通过使用E3Net的功能来组织Kegg细胞周期中E3S的相位特性调节特征 Fig. 4B。 Kegg细胞周期的功能报告提供了显着富集的E3特异性底物组的列表,每个E3都与E3报告相关联。 E3报告在各种功能类别资源中提供了最具丰富的函数术语的列表。这些多种信息来源的检查能够更好地理解功能含义。例如,GO中的函数术语可以指定单元格循环路径的详细部分。可以通过使用E3NET报告的过滤功能,选择许多其他函数术语中的关于与给定E3相关联的小区周期阶段的信息,并将其与路径的搜索结果集成。类似于E3报告,该函数报告还提供了一个接口,供用户重新组织富集结果与其兴趣的函数条款。通过使用此接口在Kegg细胞周期的函数报告中,我们可以捕获七个E3的相位特定特征; SCF(SKP2)复合体,MKRN1,DCX(DTL)复合物和MDM2是G 1 phase- or G1/ s转变特异性E3和APC(CDH1)复合物,APC(CDC20)复合物和CHFR是M阶段或G.2/ m特定于转变的E3s。在许多研究文章中报告了这种相位特定的E3规则(
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      泛素 - 蛋白酶体系的内皮细胞周期调节。
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      MDM2的戒指域对细胞周期进展的贡献。
      ),但很难在当前公共途径数据库中提取这些特征。通过这种方式,可以丰富并突出普遍依赖于生物途径的规定。 E3NET提供的E3-衬底网络和生物途径的整合视图有助于使用者组织途径特异性E3介导的调节模块及其功能影响。
      图缩略图GR4.
      Fig. 4在E3介导的调节模块方面,细胞周期的富集和潜水层化。 A,富含富含富含普遍途径的途径图的插图。突出显示E3S和基材 蓝色的绿色分别突出显示新附加的E3S和E3基板关系 粉色的。相位特异性E3被标记为相应的细胞周期阶段。 B,其底物基团具有具有特异性细胞周期阶段的显着功能特异性的E3S列表。

       分析框架案例2:蛋白质特异性E3介导的调节的整合

      蛋白质可以由多个E3s调节,并且这些E3的功能特异性可用于富集蛋白质的功能含义。 E3NET可以在E3,基板和功能的报告中促进其嵌入式功能。 E3Net的基板报告提供了关于所选基板的特定E3的信息和可视化指定基板的所有E3的网络的图形界面。可以扩展网络以生成这些E3S的其他基板,并且可以从链接的E3报告中获得每个E3的相关函数术语。另外,扩展网络中的用户所选蛋白的功能性富集分析可以直接在基板报告界面中完成。在P53的该示例性分析中,基板报告的界面显示23 E3S调节P53及其基板网络(Fig. 5)。此外,可以在E3报告和基板报告中的过滤功能的帮助下检查每个E3的各种功能术语。在此检查P53相关的E3网络中,我们可以对P53相关的E3基板网络的最流行函数术语进行分类。我们可以总结9个P53调节E3S作为转录,DNA损伤反应和细胞凋亡的功能:MDM2,芯片,Zn363(RCHY1)和转录的WWP1; MDM2,DCX(DTL)复合物,E4-E1B-ELONGINBC-CUL5复合物,ICP0(RL2)和用于DNA损伤的MKRN1;和芯片(Stub1),WWP1,MDM2,MKRN1和SYVN1用于凋亡。通过这种方式,可以重组蛋白质E3s的富集功能并概述某些关键类别。它是E3NET的可能功能,以通过相关E3S的功能信息间接地提供所选蛋白质的功能含义的摘要。
      图缩略图GR5.
      Fig. 5结果的插图由系统搜索和分类P53的功能规定。 该图示出了P53的2跳E3 - 衬底网络,每个E3介导的调节模块都在盒子中标记,其中最具富集的GO-BP术语与P53,转录的三个主要功能相关(标记为 T),DNA损伤响应(标记为 D)和细胞凋亡(标记为 A)。在图中, 灰色的白节点 分别表示E3和底物。每个节点的大小取决于其关系的数量。

      讨论

      尽管众多泛素化研究,但关于E3S和底物的目前的结果仍然不足以覆盖有关杂质依赖性规定的蛋白质。我们的数据收集方案,包括文本挖掘文本资源和公共泛素制资源整合,促进了建设综合数据库的E3 - 基板关系。然而,收集的数据仍然仅涵盖全球E3介导的监管网络的部分地图,特别是关于E3衬底关系的量。在收集的数据中,22.4%(493个2201个)的E3和26.1%(1277个4896个)的基材分别具有特异性底物或E3s( Fig. 2B)。 E3衬底关系的低覆盖率主要由丰富的未被发现的特异性引起。我们希望出版研究的快速增长将得到改善。无论何时,我们的半自动数据收集方案都可以在短时间内提取新发布的数据。为了便于持续更新数据的进程,我们仔细设置了文本挖掘模块,该模块管理最耗时的过程来构建E3Net的数据库。文本挖掘过程中最困难的部分是减少可能的假阳性和假阴性结果,这折旧了所收集的数据的质量。为了评估自动挖掘数据的置信度,需要手动检查。我们的文本挖掘模块通过提供证据句子以及提取的E3S,基材及其特异性来支持此过程。在文本挖掘过程中,我们实际使用该模块检查每个E3基板关系的支持句,并从文本资源中过滤了含糊的挖掘关系。特别地,在手动检查过程中,我们更加注重澄清间接悬殊模式,例如“P由E3降解”,“P是E3的靶标,”P由E3催化“如图所示 补充表S2;这些模式用于最大化文本挖掘步骤的第一步中的相关数据收集。通过手动检测过程,我们可以消除不合适的收集数据,例如E3连接酶调节基材的情况,但该关系未被泛素化介导。该半自动方案可以减少手动验证工作并提供可行的数据更新方法。我们还试图通过构建单个E3 /底物蛋白和E3络合物的名称的别名数据来最小化假阴性,从Uniprot和文献中提取。通过别名数据,我们可以最大限度地提高数据收集并减少蛋白质名称识别中的挖掘误差。此外,我们试图通过为每个Medline摘要和Uniprot评论采用不同的文本挖掘方案来减少假否定,因为这两个资源具有不同的句子结构。通过这些努力使数据收集最大化,同时保持在数据炼油时间短时间内的可靠性,我们与先前的公共数据库(例如Ubiprot和Scud)相比,E3衬底关系的数量和质量取得了显着的进步。
      关于E3NET解释关于具有新增差异信息的E3连接功能的功能特异性的准确性可能存在额外的顾虑。通常,每当新添加的基板更新时,可以通过E3NET的内置功能丰富工具自动导出新发现的调整后的功能解释。调整反映了特定函数术语的任何相对量的蛋白质的变化,并给出了所有E3特异性底物组的新功能特异性 p 价值观。但是,E3NET没有直接提供妥协结论,以便包括E3底物特异性的否定数据的矛盾证据。纳入E3NET中否定数据的准确信息应该是未来工作的具有挑战性的任务。它不仅仅是一个硬文本挖掘问题,可以从否定数据中提取正确的信息。一个更关键的问题是评估矛盾解释之间的正确结论。应非常仔细地分析矛盾索赔,以获得可靠的证据来得出结论。当前的E3NET系统相当支持半自动方法来检查用户仔细定义矛盾的E3基板关系后对功能暗示的差异结果的效果。用户可以使用嵌入在“实验程序”下引入的E3NET的网界面中嵌入的辅助功能性浓缩工具,积极地比较所选E3特异性衬底组的功能特异性。
      关于E3的有趣问题是它是否对其监管中的蜂窝流程或职能具有特异性。对于E3 - 基板关系的映射大大增加,我们可以表现出E3Net的可能性来阐明E3S的功能特异性。相当数量的E3S显示出与蜂窝功能的重要关联; 93.1%(493/493个)的E3特异性底物组显示出统计学上显着的浓缩评分(p <0.01)。我们介绍了典型的例子,显示出高功能特异性,例如 拟南芥 COP1-SPA1复合物和酵母APC(CDC20)复合物,其基材全部富含特定函数术语,具有非常显着的术语 p 价值。其余的E3S,其丰富分数不符合标准(p <0.01),还具有在未来越来越多的E3衬底关系中表现出具有功能特异性的潜力。这可以通过检查当前可用数据的模式来部分检查。在我们的数据中,在具有相对较少的基材的E3基团具有比具有相对较少的底物的e3基团的e3基团具有比具有相对较少的底物的基团的E3的e3的比例较高,具有3个或更多个基质的E3和97.3%(36个)的78.7%(111个)具有10个或更多基质的E3s显示功能特异性 p 值低于0.001。下一个有趣的问题是我们是否可以找到确定E3功能特异性的分子元素。我们将E3S聚集了e3s,以其重要的富集功能的模式。在具有指定签名域的E3的大型子类中,如Hect,Ring或Uber,几种Hect型E3S显示了类似的相关功能模式(Fig. 3B)。这种类似的功能特异性模式可能不源于HECT结构域,因为已知Hect结构域不直接与基材结合。然而,至少暗示的结果暗示,所谓的型E3s共享一种基板结合机构,其可能有助于调节具有类似功能的基材。为了区分这种复杂的调节模式,我们可能需要进一步的分子信息,例如E3S和相应的基板的结构,这需要广泛努力积聚。 E3NET将有助于最小化为这项工作进行调查的目标数量,通过引导E3S,基板和功能类别之间的特定相关性。
      除了E3连接酶之外,还有另一种泛素连接酶称为E4,其负责延伸泛素链。与E3连接酶不同,E4连接酶可能无法识别基质中的特定决定因素,但识别底物结合的泛素链(
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      )。目前,E4连接酶不是E3NET的靶标,因为我们认为E4连接酶的基质特异性和相应的功能含义看起来不明确到目前为止。然而,通过检查E3Net提供的E3连接酶的支持句,可以间接地追踪关于用E3连接酶描述的关于一些E4连接酶的信息。在未来,如果E4连接酶介导的调节特异性可以积累,我们可能能够将它们包含在E3NET中。
      E3NET是一个集成的信息系统,在各种功能类资源中构造了大量的E3基板关系和功能术语。通过提供高度连接的E3,基板和功能的高度连接的视图,E3Net中的Web界面和嵌入式工具促进了对这些关系的分析。通过这一综合性观点,用户可以组织E3衬底网络和E3调节的可能功能含义。我们预计E3Net可以是对E3S,基材及其功能的深入调查和系统分析的宝贵资源。

      补充材料

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