We carried out an extensive comparative analysis of theoretical interactomes for 146 complete genomes (archaea: 15, bacteria: 122, and eukarya: 9) using a protein structural interactome map method under a homogeneous paradigm: protein family-family interaction networks (an interactome is a set of all protein family interactions within a proteome). All the interactomes were scale-free networks, and the number of interaction pairs increased linearly along with the number of protein families. We found a fundamental difference among prokaryotic and eukaryotic interactomes: eukarya had many more hub families than archaea and bacteria, and certain special hub families characteristically determined the shape of the eukaryotic interactomes. Our finding suggests that a very small number of expansive protein families led the growth of interactomes and seemed to have played a key role in species diversification.
1995년 해모필루스 인플루엔자(Haemophilus influenzae) 박테리아의 게놈(genome) 시퀀싱(sequencing)을 시작으로 지금까지 250여종 이상의 게놈 서열분석이 완료되었다. 현재 게놈 서열 분석 속도는 다양한 기술 개발 등에 힘입어 빠르게 증가하고 있으며 그 결과 다양한 생물학적 종들의 유전자 및 단백질 서열 정보 역시 폭발적으로 증가하고 있는 상황이다. 현재 이들 게놈 서열 정보로부터 실제 생명 현상의 기능 단위라 할 수 있는 단백질간의 상호작용을 감지하고 분석하기 위해 co-immunoprecipitation, tandem affinity purification, yeast two hybrid method 등의 실험적 방법들이 적용되고 있다. 그러나 이러한 생물학적 실험 방법들은 빠르게 증가하는 게놈 서열 정보를 처리하는데 역부족이며 따라서 대규모의 단백질 상호작용체(interactome)의 비교 분석을 위해서는 이미 알려진 단백질 상호작용의 구조정보를 바탕으로 한 단백질 상호작용의 생정보학적 예측 및 분석이 필수적이다.
본 연구의 결과, 146종의 단백질 패밀리 네트워크 모두 척도 없는(scale-free) 네트워크 형태임이 확인되었으며, 생명 현상에 필수적인 기능에 연관된 36개의 단백질 패밀리로 구성된 서브네트워크(subnetwork)를 공유하고 있음이 밝혀졌다. 또한 원핵생물(prokaryotes)과 진핵생물(eukaryotes)의 단백질 상호작용체 사이에는 두 가지 중요한 차이점이 있음을 확인하였다. 첫째, 진핵생물의 단백질 상호작용체의 경우 원핵생물의 경우보다 더 많은 hub family들이 존재하고 있으며 둘째, hub family들 중에서도 소수의 단백질 패밀리들이 진핵생물의 단백질 상호작용체의 네트워크적 위상을 결정한다는 것이다. 결국 비교상호작용체 분석을 통하여 소수의 상호작용 가능성이 높은 단백질 패밀리들에 의하여 단백질 상호작용체의 진화가 상당부분 유도되었으며 종 분화에 있어 중요한 역할을 담당하고 있음을 발견하였다.
