The protein-protein interactions in biology have been accumulated with colossal efforts to identify a large number of proteins in several organisms. These interactions are expressed as graphs, where nodes denote proteins and edges represent physical interaction. The static network has contributed to our understanding of the cellular machinery, displaying fundamental static properties.
Clathrin-mediated endocytosis (CME) of cellular machinery is very important and has been widely investigated. In the network of CME, we can find hubs and possible pathway, but it is hard to identify their functions and importance. It is also difficult to reproduce such mechanism. Therefore we need to develop a proper method to reconcile its time dependent feature.
In this paper, we propose ‘Sudden expression-Degradation’ model that represents activation time of proteins in a CME network. Using this model, we can get several time dependent features. First, we can find many paths according to time. In previous paper, they can give just approximate time line of activation of protein by path-length. Second, we can infer the function of proteins. From the result of min-cut, we can predict that some proteins make a role of linkage which makes a connection between each of crucial stages. In this case, in different ways we had to confirm whether the proteins make a role of linkage or not. Our directed network allows us to predict the importance of accessory proteins, not hub. Third, we can change threshold of probability of activation. The threshold level is similar to interruption level of interaction. Thus we can find crucial proteins to maintain the robustness of CME.
Using this model, we can understand well how these dynamic changes operate. Furthermore, we can try to enhance the accuracy. For example, we can use dynamic threshold and explicit reaction-diffusion model.
단백질은 세포 기관의 중요한 부분을 구성하며 생체 내 각종 화학반응을 조절하는 기능을 한다. 이러한 세포 기관이 작동하는 전반적인 흐름을 이해하기 위해서는 단백질간 상호작용에 관한 정보가 필요하다. 따라서 오랫동안 단백질간 상호작용에 관한 연구가 진행되어 왔고, 상당한 양의 데이터가 축적되었다. 이 데이터는 그래프로 나타내어 단백질을 node로, 단백질 간 상호작용은 edge를 그려 표시하였다. 그러나 이러한 그래프는 평면상에 표시되어 기본적이고 정적인 특성만을 알 수 있었다. 세포 기관의 기능을 잘 이해하기 위해서는 어떤 단백질 간에 상호작용하는가 뿐만 아니라 언제, 어디서, 어떻게 이러한 변화가 일어나는지를 알아야만 한다.
이 논문에서는 세포의 내포작용 중 한 가지 방식인 Clathrin-mediated endocytosis(CME)의 단백질 간 상호작용 그래프를 다룬다. 이 그래프에 대한 연구를 해 놓은 Eva Schmid의 논문에서는 path-length를 이용하여 중요한 단백질에 대하여 근사적인 시간흐름을 유추하였다. 이 그래프를 이용하여 이 과정의 시간에 따른 dynamic한 특징을 알아내는 방법을 제시하는 것이 논문의 목표이다.
먼저 CME의 그래프에서 protein의 activation time을 나타낼 수 있는 ‘Sudden expression-Degradation’ model을 제안한다. 이 model에 기초하여 각 protein의 activation time을 나타내는 중요한 parameter의 값을 각 단백질에 대하여 구할 수 있다. 이 데이터를 이용하여 시간에 따른 path를 그릴 수 있다. 이 path에는 중요한 protein이 아닌 accessory protein에 대한 정보도 나타난다. 또한, 시간 정보를 통해 기능이 알려지지 않은 단백질의 기능을 유추할 수 있다. 그러므로 우리가 제안한 방법을 통해 단백질의 dynamic한 변화를 나타내는 다양한 정보를 알 수 있다.
이러한 정보를 더욱 정확하게 얻기 위해 dynamic threshold 또는 explicit reaction-diffusion model 적용과 같은 방법들이 동원되어야 한다고 생각된다.
