DORSSAA：基于稳定性/溶解性改变实验(Drug-target interactOmics Resource based on Stability/Solubility Alteration Assay, DORSSAA)的药物-靶标互作组学资源库

《Molecular & Cellular Proteomics》：DORSSAA: Drug-target interactOmics Resource based on Stability/Solubility Alteration Assay

　　

摘 要：热蛋白质组分析（Thermal Proteome Profiling, TPP）及高通量蛋白质整体溶解度改变测定（Proteome Integral Solubility Alteration, PISA）等高通量技术的发展革新了人们对药物-蛋白相互作用的理解。尽管有上述创新，目前仍缺乏一个整合平台对来自不同研究的稳定性与溶解度改变数据进行跨研究分析，这构成了显著瓶颈。为填补此空白，研究人员开发了DORSSAA（Drug-target interactOmics Resource based on Stability/Solubility Alteration Assay，基于稳定性/溶解度改变实验的药物-靶标互作组学资源库），这是一个交互式、可扩展的基于Web的平台，用于系统分析和可视化蛋白质组稳定性与溶解度改变实验数据集。目前DORSSAA收录了涵盖38种细胞系与生物体、135种化合物及40,742个蛋白靶点的1,135,985条记录。通过其用户友好界面，该资源支持比较性药物-蛋白相互作用分析，并促进可操作治疗靶点的发现。研究人员通过两个案例研究——A549细胞中甲氨蝶呤的靶标分析，以及白血病细胞系中联合用药的药物-靶标相互作用——展示了DORSSAA在不同实验背景下鉴定蛋白-药物相互作用的实用性。该资源可助力研究人员加速药物发现并深化对蛋白行为的理解。与单纯的数据仓储和相互作用数据库相比，DORSSAA为每项研究提供严格统计控制下的直接蛋白水平作用机制证据，从而能更可靠地鉴定药物靶点、脱靶效应及潜在药物组合。总体工作流程见图文摘要。

论文解读：DORSSAA——基于TPP/PISA家族实验的稳定性/溶解度偏移药物-靶标互作组学资源库

一、研究背景与立题依据

传统药物研发中，FDA要求的吸收、分布、代谢、排泄（ADME）及动物毒理评估常无法充分阐明药物的作用机制（Mechanism of Action, MoA）。转录组学手段（如连接图谱Connectivity Map）虽被广泛使用，但由于大多数FDA批准药物靶向蛋白质且蛋白与RNA水平相关性弱，蛋白水平的变化才是化合物作用更相关的读数。近年发展的基于配体结合引起蛋白热稳定性或溶解度变化的实验技术，包括细胞热位移实验（Cellular Thermal Shift Assay, CETSA）、热蛋白质组分析（Thermal Proteome Profiling, TPP）及蛋白质整体溶解度改变测定（Proteome Integral Solubility Alteration, PISA assay），可在全蛋白质组水平无偏向地探测药物-靶标相互作用。然而，现有通用蛋白质组学仓储（如PRIDE/ProteomeXchange）未将热位移/溶解度读数协调为可按化合物和细胞系查询的蛋白水平效应值；药物-靶标知识库（如DrugBank、ChEMBL、BindingDB）收录的是生化/亲和相互作用而非全蛋白质组稳定性偏移；扰动资源（如LINCS）侧重转录组响应；药物组合门户（如DrugComb）关注敏感性/协同评分而无蛋白水平热/溶解度偏移证据；Meltome Atlas仅提供基线热稳定性图谱不含化合物诱导偏移。因此，研究人员开展了DORSSAA的开发工作，旨在构建一个专注于TPP/PISA家族实验所观测到的化合物诱导蛋白质组水平热/溶解度偏移的整合、可查询、可视化资源库，以弥补上述空白。

二、主要关键技术方法

研究人员收集并协调了24项已公开发表的Thermal-shift proteomics数据集（涵盖TPP、PISA、i-PISA及自测CoPISA），涉及38种癌细胞系或物种、135种小分子化合物。数据经人工整理统一为tidy长表格式，补充PMID、化合物、细胞系、UniProt ID、基因名、重复、浓度、效应量（log?FC）及统计字段等元数据；化合物关联PubChem InChIKey，细胞系标注Cellosaurus及物种信息；区分完整细胞（intact cell）与裂解液/提取物（lysate/extract）处理背景。显著性值统一至共同标度，极端p值安全截断，各研究内（PMID×化合物）进行多重检验校正（Storey's q-value或Benjamini–Yekutieli法，K562 PISA数据集采用基于DMSO零分布的经验p值及BH FDR）。最终构建关系型SQL数据库后端，前端采用R语言(v4.5.1)及Shiny框架开发交互式Web应用（https://dorssaa.it.helsinki.fi/），提供蛋白查询、细胞系查询、化合物查询、基因集富集分析（GSEA/SEA based on GO）、数据上传等功能模块，并整合Meltome Atlas热稳定性分布信息及外部数据库交叉验证（DTC、MICHA、Drug Target Interact）。

三、研究结果

Experimental Procedures——数据收集与规范化

研究人员从公开文献汇编24个TPP/PISA/i-PISA数据集及自测CoPISA数据集，重整形为统一格式并丰富元数据。通过biomaRt将HGNC基因符号映射至UniProt ID，推断ID标注云符号(?)。保留实验背景（完整细胞vs裂解液）作为研究级元数据不予混用。对各研究独立做FDR控制，不跨研究做全局FDR校正。处理后存入索引SQL后端供快速查询。

Results——Case Study 1: A proof-of-principle retrieval of the canonical methotrexate-DHFR interaction using DORSSAA

研究人员以经典甲氨蝶呤（Methotrexate, MTX）-二氢叶酸还原酶（Dihydrofolate Reductase, DHFR, UniProt: P00374）相互作用为原理验证案例，在A549细胞裂解液条件数据集中以FDR<0.05筛选，DHFR显示出最高log?折叠变化及显著FDR值，被成功检获为首要靶标。通过Compound Query选项卡发现DHFR在DORSSAA中还关联staurosporine、SNS032、raltitrexed及panobinostat等其他化合物；该MTX–DHFR相互作用亦可在K562 TPP及293T STPP数据集中复现。证明DORSSAA可实现已知相互作用的检索、跨研究/跨化合物情境化及功能富集解读。

Results——Case Study 2: Drug-Protein Interactions in Molm16 Cells Investigated Using DORSSAA

研究人员利用DORSSAA内置的急性髓系白血病（AML）细胞系（MOLM-16、SKM-1等）CoPISA数据，查询mTOR抑制剂sapanisertib在MOLM-16中的靶标（FDR<0.05），发现组蛋白H2AFX（UniProt: P16104）出现显著稳定性偏移（log?FC=-1.673, FDR=0.03993），在SKM-1中也呈显著但方向不同（log?FC=+1.533, p=0.010），其他AML细胞系未见此显著性，提示细胞系特异性。Compound Query显示Ruxolitinib-Ulixertinib组合、LY3009120、Ruxolitinib及Ulixertinib单药也关联H2AFX偏移。H2AFX被视为上游通路扰动（如DNA损伤应答激酶ATM/ATR/DNA-PK影响磷酸化及染色质行为）的假设生成标志物而非直接结合靶标。表明DORSSAA可跨靶标、细胞背景及单药/联合用药条件进行整合探索与机制假设生成。

Results——Case Study 3: Practical use of DORSSAA for exploratory follow-up of SCIN

针对糖尿病研究中感兴趣的SCIN蛋白（UniProt: Q9Y6U3），数据库中无糖尿病特异背景，研究人员通过Protein Query确认其存在并在K562细胞中被多种化合物关联（sotrastaurin最显著），Cell Line Query确认K562为最适现存背景，Compound Query放宽至p≤0.05给出9个候选化合物（含sotrastaurin、PRT062607、volasertib等）；Meltome层提供SCIN熔解温度约45–50°C范围。说明即便疾病背景缺失，DORSSAA可从蛋白出发提供候选化合物、可用实验背景及蛋白热稳定性参考以指导后续湿实验设计。

四、讨论与结论（翻译浓缩）

DORSSAA是专为基于稳定性/溶解度偏移的药物-靶标互作组学设计的资源，整合TPP与PISA族实验的质谱蛋白质组数据，在蛋白水平提供具实验背景的意识（assay-aware）证据以解决以下关键问题：①特定背景下化合物稳定/去稳定蛋白的MoA映射；②跨研究一致偏移的非经典脱靶鉴定；③以靶点为圆心查询可重复调控该蛋白的化合物；④跨独立实验复现效应方向与幅度；⑤区分单一与联合用药特有蛋白偏移以支持组合设计；⑥经严格FDR筛选及跨数据集复现的转化优先级排序；⑦判断互作为广谱保守或癌症亚型特异；⑧发现可重定位的MoA模拟化合物。

需注意DORSSAA协调多源热/溶解度偏移实验输出但未做跨实验正式基准比对；裂解液实验更利于直接靶标提名，完整细胞实验还捕获下游通路/MoA相关效应，二者不应互换解释；p值及效应量适用于研究内过滤及探索性跨研究情境化，但不应视为跨异质实验定量等价；不提供跨所有数据集的累积全局FDR，FDR在研究局部家族内控制，跨研究重现属假设生成性质。当前版本支持社区通过Upload Data选项卡提交新数据集供审核集成。DORSSAA通过正交的实验原生信号补充大规模扰动筛选， refinement癌症依赖性发现并辅助合成致死策略设计。后端基于R+Shiny+SQL+JavaScript，数据持续更新以保持资源前沿性。综上，DORSSAA为药物发现与蛋白质科学提供了可扩展、交互式的蛋白质组稳定性/溶解度偏移药物-靶标互作数据挖掘与假设生成平台。

（注：本文根据原文浓缩总结，发表于《Molecular & Cellular Proteomics》或同类期刊，此处依用户提示标注为《Molecular 》）