Many techniques have been developed in various different ways to computationally predict protein-protein interactions. However their prediction accuracies are not good enough to be serviced to general users. In this paper, we develop a domain combination based protein-protein interaction prediction method and service system named $preSPI^{+}$. The developed prediction method shows superior prediction accuracy to conventional predictions methods. High sensitivity (77%) and specificity (95%) are achieved for test protein pairs containing common domains with learning sets of protein pairs in Yeast. The stability of the method is also manifested through the test over DTP CORE, HMS-PCI, and TAP data. Inter-species validation of the method is also performed to test the extensibility of the method. Good prediction accuracies are obtained if there exist overlapping domains between learning and testing sets of protein pairs. This implies our method can be used for any species, once enough protein interaction data is a accumulated in the Internet. Performance, openness, and flexibility are adopted as design goals of $preSPI^{+}$ and each design goal is successfully achieved by processing time taking services in parallel, and using Web Services standards and layered architecture respectively. In this paper, the functions of $preSPI^{+}$ are briefly introduced and several services' usage guides are explained in comprehensive manner with their graphic user interfaces.
인간 유전체 사업의 영향으로 우리는 고도로 정교하게 구성된 인간 유전자의 구조를 알게 되었지만, 실제로 유전적인 질환을 찾아내는 것과 같이 인간에게 유용한 작업을 수행하기 위해서는 밝혀진 구조가 실제로 담당하고 있는 기능을 찾아내는 것이 중요하다. 단백질 상호작용 연구는 이런 기능을 찾아내는 방법 중 하나로 상호작용 하는 단백질은 비슷한 기능을 가진다는 특징을 이용한다. 이에 많은 연구자들은 인터넷에 공개되는 다량의 단백질 관련 데이터를 이용하여 단백질 상호작용을 계산적인 방법으로 예측하는 시도를 해 오고 있다. 그러나 기존의 예측 방법들은 정확도가 떨어지고, 그 결과 실제 구현되어 서비스 되고 있지 못한 실정이다. 본 논문에서는 다른 예측 방법들보다 우수한 정확도를 보이고 있는 도메인 조합 기법을 이용하여 사용자가 쉽게 접근하여 사용할 수 있는 단백질 상호 작용 예측 시스템인 $preSPI^{+}$를 디자인하고 구현하였다. $preSPI^{+}$는 Yeast만을 대상으로 만들어졌던 $preSPI^{+}$를 Drosophila, C.elegnans와 같은 여러 종의 서비스가 가능하도록 확장된 버전이다. $preSPI^{+}$는 Prediction System for Protein Interaction의 줄임말인 동시에, 접두어 'pre' 와 동사 'spy'의 결합으로 단백질 상호작용을 미리 엿본다는 뜻을 가지고 있다. 구현에 앞서 예측 방법의 정확도가 테스트 되었다. 효모(Yeast)기만의 Yeast-two-hybrid 데이터를 사용한 실험 결과, 높은 민감성(sensitivity)과 특이성(specificity)이 관찰되었다. 또한 DIP CORE, HMS-PCI, TAP 데이터를 적용하여 매우 뛰어난 안정성을 확인하였다.
$preSPI^{+}$는 입력 단백질 쌍에 대한 상호작용 예측이 중심이 된 핵심기능과, 핵심기능에서 파생되는 부가 기능, 또한 상호작용 연구에 있어 도움이 되는 일반기능으로 구성되어 있다. 구현에서는 시스템의 개방성을 위한 웹서비스 기법이 포함되었고, 변화하는 데이터를 쉽게 수용할 수 있도록 계층 구조로 시스템을 설계하였다. 본문에서는 각각의 기능에 대한 간략한 소개를 포함하여 초기 사용자의 편의를 도모하였다.
한편 본 논문에는 그동안의 효묘(Yeast) 단백질의 연구에서 예측 시스템을 확장하기 위한 기본 연구 내용이 포함되어 있다. Domain Coverage를 높히는 기법과 초파리(Drosophila Melanogaster)를 통한 예측 기법의 일반화 가능성 분석, AP Matrix의 구성과 종(species)별 도메인 겹침(Domain Overlap)에 따른 예측 정확도의 변화등이 확장을 위한 고찰 과정에서 설명되고 있다. 이를 통하여 앞으로의 $preSPI^{+}$ 확장 과정에서 해결해야 할 과제를 살펴 보았다.
