タンパク質間相互作用ネットワークにおける経路ベースの中心性測定値の比較により、変化する窒素環境への適応中に表現型の関連性を持つタンパク質が明らかになりました

植物は栄養状態の変化に迅速に適応する必要があります。特に、変化する窒素環境への適応は、タンパク質レベルの主要な調整も伴う非常に複雑です。ここでは、質量分析アプローチと質量分析アプローチを結合したサイズ排除クロマトグラフィーを使用して、完全な栄養から窒素飢vへの移行によって誘発されるタンパク質間相互作用のダイナミクスを研究しました。各栄養状態に確立された相互作用ネットワークの比較により、タンパク質間相互作用ネットワークの一部であるタンパク質の大きなオーバーラップが明らかになりましたが、同じ一連のタンパク質が各治療で異なる相互作用を受けました。ネットワークトポロジパラメーター間の中心性（BC）は、各ネットワーク内の情報フローにおける個々のタンパク質の関連性を最もよく反映することがわかった。したがって、個々のタンパク質のBCの変化は、新しい状態への細胞調整への関与を示している可能性があります。この分析に基づいて、BC値の高い窒素依存性の変化、受容体キナーゼAT5G49770、共受容体QSK1、およびプロトン-ATPase AHA2のタンパク質のセットが特定されました。これらのタンパク質の変異体は、硝酸塩依存性の根成長表現型を示しました。再構築されたネットワーク内の個々の相互作用は、FRET-FLIMテクノロジーを使用してテストされました。まとめると、タンパク質間相互作用ネットワークの動的変化をネットワークパラメーターに基づいて調節ノードを特定する体系的な戦略を提示します。重要性：タンパク質間相互作用は、細胞シグナル伝達イベントで重要であることが知られていますが、外部刺激によって誘発される相互作用ネットワークの動的な変化は依然としてほとんど研究されていません。栄養環境の変化が、根におけるタンパク質 - タンパク質相互作用の再配線をどのように誘発するかを体系的に分析しました。全体的なタンパク質の存在量に小さな変化が観察されましたが、代わりにペアワイズタンパク質 - タンパク質相互作用の再配線が観察されました。中間性の中心性は、（動的）ネットワークの情報フローと高い関連性を持つタンパク質候補を特定するための最適なネットワークトポロジーパラメーターであることがわかりました。これらの関連するノードの予測された相互作用は、フリム/FRET実験および表現型分析で確認されました。ここで説明するネットワークアプローチは、より一般的に動的ネットワーク分析における有用なアプリケーションである可能性があります。

Plants must rapidly adapt to changes in nutrient conditions. Especially adaptations to changing nitrogen environments are very complex involving also major adjustments on the protein level. Here, we used a size-exclusion chromatography-coupled to mass spectrometry approach to study the dynamics of protein-protein interactions induced by transition from full nutrition to nitrogen starvation. Comparison of interaction networks established for each nutrient condition revealed a large overlap of proteins which were part of the protein-protein interaction network, but that same set of proteins underwent different interactions at each treatment. Network topology parameter betweenness centrality (BC) was found to best reflect the relevance of individual proteins in the information flow within each network. Changes in BC for individual proteins may therefore indicate their involvement in the cellular adjustments to the new condition. Based on this analysis, a set of proteins was identified showing high nitrogen-dependent changes in their BC values: The receptor kinase AT5G49770, co-receptor QSK1, and proton-ATPase AHA2. Mutants of those proteins showed a nitrate-dependent root growth phenotype. Individual interactions within the reconstructed network were tested using FRET-FLIM technology. Taken together, we present a systematic strategy comparing dynamic changes in protein-protein interaction networks based on their network parameters to identify regulatory nodes. SIGNIFICANCE: Protein-protein interactions are known to be important in cellular signaling events, but the dynamic changes in interaction networks induced by external stimuli are still rarely studied. We systematically analyzed how changes in the nutrient environment induced a rewiring of protein-protein interactions in roots. We observed small changes in overall protein abundances, but instead a rewiring of pairwise protein-protein interactions. Betweenness centrality was found to be the optimal network topology parameter to identify protein candidates with high relevance to the information flow in the (dynamic) network. Predicted interactions of those relevant nodes were confirmed in FLIM/FRET experiments and in phenotypic analysis. The network approach described here may be a useful application in dynamic network analysis more generally.