责编 | 王一
蛋白质在生物系统内的相分离（Phase separation）可形成无膜细胞器（membraneless organelle），并进一步介导细胞内信号转导等过程。生物大分子的相分离需要借由电荷、疏水力、蛋白质互作等作用力从局部小尺度聚集扩展至微米尺度下的液滴。而分析蛋白质内在的理化性质则有望从一级序列中推断出蛋白质相分离概率。
近日，新加坡南洋理工大学缪岩松教授课题组在The EMBO Journal发表了题为MolPhase, an advanced prediction algorithm for protein phase separation的研究论文，开发了新型蛋白质相分离预测工具MolPhase。
在此工作中，团队整合了多个已发表的相分离蛋白数据库，结合文献检索，共收集了606个可独立发生相分离的蛋白质序列构建为阳性数据集，同时选择PDB中蛋白质作为阴性数据集。随后，作者比较了两数据集中包括pi键相互作用（pi interaction），内在无序区（intrinsically disordered region, IDR），朊病毒样结构域（prion-like domain, PLD），香农信息熵（Shannon Entropy）等共39种不同的特征，显示出相分离蛋白在特征组成上的偏好性。
基于上述数据集和特征，作者构建了相分离蛋白预测工具MolPhase。在测试集上，MolPhase表现出极高的真阳性率和真阴性率，分别达到98.1%和98.8%。与多个已有的相分离预测工具相比，MolPhase表现出更高的准确度。
作者进一步以植物病原菌的三型效应子（effector）为对象验证模型准确度。效应子是由病原菌在侵染过程中使用狭窄通道注射进入植物体内，用以抑制植物免疫反应的一类蛋白。缪岩松实验室前期工作揭示了野油菜黄单胞菌效应子XopR通过相分离劫持宿主细胞骨架重塑【1】。在该研究中，作者选用了红色荧光蛋白mRuby2和12个效应子进行验证，实验表明体外和体内实验均表现出与预测完全相符的结果。对IDR占比低的效应子也准确预测其相分离。
图1 体内、体外实验验证效应子蛋白相分离
利用该工具，作者还预测了野油菜黄单胞菌、丁香假单胞杆菌蛋白组和丁香假单胞杆菌效应子汇总（Pseudomonas syringae Type III Effector Compendium，PsyTEC）【2】的相分离性质。作者发现相较于细菌蛋白组，效应子有更强的相分离偏好。预测结果揭示可能有更多病原菌效应子通过相分离来行使其功能。
文章提供了简洁易用网站MolPhase，除了提供直观的相分离概率预测外，网站还集成了多个相分离相关特征分析，供研究人员更理性地推断相分离蛋白理化性质。
图2 MolPhase网站截图
新加坡南洋理工大学生物科学学院缪岩松教授为论文通讯作者，在读博士研究生梁启煜和已毕业硕士研究生彭娜娜为共同第一作者。在读博士研究生谢义、已毕业硕士生Nivedita Kumar和南洋理工大学数理科学学院高炜博教授参与了该研究。该研究得到了新加坡教育部、新加坡国立研究基金会和新加坡卫生部的支持。
缪岩松教授是新加坡南洋理工大学生命科学院独立PI，被授予EMBO Global Investigator（2020）、NRF Investigator（2023）等称号。课题组从事“相变调控植物免疫信号”、“基于相变技术的前沿分子检测”等方向，课题组长期招聘博士生、博士后岗位，详细信息请参见课题组网页：
https://blogs.ntu.edu.sg/miaolab/
参考文献：
1. Sun H, Zhu X, Li C, et al. Xanthomonas effector XopR hijacks host actin cytoskeleton via complex coacervation[J]. Nature communications, 2021, 12(1): 4064.
2. Laflamme B, Dillon M M, Martel A, et al. The pan-genome effector-triggered immunity landscape of a host-pathogen interaction[J]. Science, 2020, 367(6479): 763-768.
https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/s44318-024-00090-9
MolPhase工具链接：
https://molphase.sbs.ntu.edu.sg/
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