(一)、JAK2-PAFR-TYK2 模組
1.JAK2-PAFR-TYK2 模組家族
圖三是展現出同源網路模組家族網站使用流程，當使用者在同源網路模組家族網站查詢
欄位中輸入 Janus kinase 2 (Jak2, UniProt 編號: Q62120)、platelet-activating factor receptor (Pafr 或 Ptafr, UniProt 編號: Q62035)、tyrosine kinase 2 (Tyk2, UniProt 編號:Q3U447) (圖 三 B) ， 同 源 網 路 模 組 家 族 網 站 為 這 三 個 蛋 白 質 找 尋 到 多 個 模 板 模 組 ， 其 中
JAK2-PAFR-TYK2 模 板模組 符合 所查詢的 蛋白質比例 為最高 (圖十三 B)， 我們為 JAK2-PAFR-TYK2 模組(CORUM ID: 5178)找尋到十個同源模組，其中的物種包含有人 類、老鼠、斑馬魚、果蠅(圖三 D)，已經有文獻指出 JAK2-PAFR-TYK2 模組負責調控著 不同的生理和病理，在人類皮膚中對於執行先天性免疫反應扮演著重要角色[44, 45]，在 此模組裡 JAK2 和 TYK2 兩個蛋白質是非受體酪氨酸 JAK 家族，且對於哺乳動物的演 化 以 及 免 疫 系 統 疾 病 有 著 息 息 相 關 的 密 切 關 係 [44, 46] ， Monetfamily 建 構 出 JAK2-PAFR-TYK2 模 組 家 族 ， 並 也 為 此 家 族 註 解 GO terms( 例 : 分 子 功 能 (MF) - non-membrane spanning protein tyrosine kinase activity 和細胞位置(CC) - cytoskeleton)，此 外，Monetfamily 也會提供此模組家族的鄰近模組 GO terms 的註解，有助於使用者去觀 察了解此模組還跟那些模組有交互作用，互相調控那些生化功能和共同執行了那些生化 過程，以此 JAK2-PAFR-TYK2 模組家族為例，同源網路模組家族網站為此模組的鄰近 模組註解出代表性的 GO terms 分別有:生物途徑(BP) - epidermal growth factor receptor (EGFR) 訊息途徑、分子功能(MF) -信號傳導活動、細胞位置(CC)–細胞質(圖三 C)。30
2.模組與模組交互作用和鄰近的模組
在人類模組交互作用網路中，JAK2-PAFR-TYK2 模組(紅色節點)，擁有 25 個鄰近 模組(綠色節點)，這個子網路共包含 26 個模組以及 131 條模組與模組交互作用(圖十四 C 和表二)， 根據 GO term 的註解和 MIPS FunCat [47] 的分析，這些模組可以被大致分為 三個群體，分別是 cell surface receptor linked signaling pathway (橘色)、cellular protein metabolic pathway ( 紫 色 ) 、 interleukine receptor signaling pathway ( 藍 色 ) 。 JAK2-PAFR-TYK2 模組是一個具有高度連通性的樞紐，負責在細胞與細胞間以及細胞內 的訊息傳遞(圖十四 A)，我們可以藉由圖十四 A 觀察 JAK2-PAFR-TYK2 模組與其鄰近 模組在三個物種上的差別，橘色括號和紫色括號在三個物種中都具有高度的保留，這兩 個群體所執行的生物功能分別是蛋白質代謝和訊息傳遞，可看出都是生物體所必需的生 物功能，但在藍色括號中就可明顯觀察出各個物種不同的地方，例: IL4-IL4R-IL2RG (CORUM ID: 1515) 模 組 和 RIN1-STAM2-EGFR (CORUM ID: 3678) 模 組 以 及 IL-6/IL-6Rα/gp130 (PDB code: 1p9m)在斑馬魚中無法找到這些模組。藍色括號主要功能 是在執行先天性免疫反應的生化過程，不同的物種對於不同的疾病會有不同的反應，例:
愛滋病會感染人類，而斑馬魚並不會被愛滋病所感染。所以有可能導致各個物種在藍色 括號中有差異的原因之一。
我們進而探討在其他物種中為什麼我們會沒有找到此模組，挑選這 3 個物種在人類 中有出現的 IL-6/IL-6Rα/gp130 (PDB code: 1p9m)模板模組來做進一步探討，1p9m 此模 組裡共有 3 個蛋白質分別是 IL-6、IL-6Rα、gp130，而此模組是參與免疫調控機制反應，
根據我們蛋白質結晶結構家族先前的研究，觀察出此模組在人類中的接合模型分別是 IL-6/IL-6Rα/gp130 與老鼠和斑馬魚有很顯著的不同，因而導致在這兩個物種中無法找到 此模組，最主要的原因有二項:
1) 從 gp130 和 IL-6 兩 個 蛋 白 質 中 分 別 觀 察 老 鼠 和 人 類 的 介 面 (interface) 的 contact-residue (有顏色的部分)中，在老鼠對應於 IL-6 蛋白質最相像的序列中只占 7.7%，
31
而在斑馬魚占 0%，由此觀察他們的比例是非常低的，因此導致沒有辦法在老鼠和斑馬 魚中找尋到 gp130 和 IL-6 的 binding model(圖十五)。
2) 我們使用模板為基礎的計分方式來計算 1p9m 這個模組內 gp130 和 IL-6 這兩個蛋白 質對的介面相似度，在老鼠得到的 Z-values 為 0.923、在斑馬魚得到的 Z-values 為-1.638，
這分數沒有通過臨界值導致這對蛋白質的交互作用在老鼠和斑馬魚中我們認為不存在 3.治療牛皮癬的潛在藥物靶標
牛皮癬(psoriasis)是一種自身免疫性疾病，在現今是人類最常見的皮膚疾病之一[48]，
而 JAK2-PAFR-TYK2 此模組已經有研究指出它與牛皮癬的發生有著密切的關係，所以 目前在此模組裡面的 JAK2 和 TYK2 已經被提議作為設計牛皮癬藥物的潛在目標，如:
ruxolitinib[49]和 tasocitinib[50]這兩種藥物分別用來對 JAK2 和 TYK2 進行抑制，進而減 緩牛皮癬的症狀。
有趣的是我們可以透過同源網路模組家族網站去觀察 JAK2-PAFR-TYK2 模組與鄰 近模組的關聯，因而提供對於牛皮癬症狀發生的新觀點及新線索，在 JAK2-PAFR-TYK2 模組鄰近的 25 個模組中，共有 12 個模組在 3 個物種都具有高度保留，且這 12 個模組 都被註解為細胞表面受體相關的訊息傳遞途徑，例如：SH3P2/OSTF1-CBL-SRC module、
SLP-76-Cbl-Grb2-Shc module、Fc receptor gamma-R1 stimulated 以及 CAS-SRC-FAK module 的模組家族都被註解為表皮生長因子受體訊息傳遞途徑 (Epidermal growth factor receptor signaling pathway;EGFR)。牛皮癬發生的原因比較複雜，藉由同源網路模組家族 網站提供這些資訊我們因此可以去推斷可能跟免疫系統上訊息傳遞功能紊亂有關聯。
JAK2-PAFR-TYK2 模組(JAK2/PAFR/TYK2)和 1p9m 模組(IL-6/IL6Rα/gp130)之間擁 有的交互作用分別是 JAK2-gp130、JAK2-IL-6Rα、TYK2-gp130、 TYK2-IL-6Rα(
圖十
四 B)。基於超幾何分布的計算結果，這兩個模組之間交互作用的 p-value 藉此算出是
1.06e-5，明顯的通過我們的定義。因為我們判定兩個模組有交互作用的關係，因此在 1p9m 模組內 IL-6 蛋白質也被註解為 JAK-STAT 訊息傳遞途徑，目前有文獻研究出當人32
體感染了愛滋病(HIV)後，體內的 IL-6 蛋白質的反應也會隨之遞增，而 IL-6 蛋白質是包 含在 1p9m 模組裡，因而也會造成 1p9m 模組大量反應，在我們的研究中我們認為 1p9m 模組與 JAK2-PAFR-TYK2 模組有交互作用的產生，所以 JAK2-PAFR-TYK2 模組也會因 而有大量的表現。此外，據我們所知 JAK2-PAFR-TYK2 模組同負責調節表皮生長因子 受體訊息傳遞途徑(EGFR)和白細胞介素受體訊息傳遞途徑，因為 JAK2-PAFR-TYK2 模 組大量的表現，因而導致功能的不正常，而造成牛皮癬的症狀出現可能之一，而人體感 染愛滋病後通常會有牛皮癬症狀的發生，因此透過我們的研究觀察到 JAK2-IL6 是否有 可能為控制愛滋病與牛皮癬的潛在目標之一，上述的觀察結果藉由 JAK2-PAFR-TYK2 模組和其鄰近模組的交互作用以及模組交互作用網路，提供了 JAK-引發了炎症性相關 疾病 (例:牛皮癬和類風溼關節炎)獨特的寶貴見解。
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圖十四、在人類、老鼠、斑馬魚的JAK2-PAFR-TYK2 模組與其鄰近模組
同源網路模組家族網站可提供使用者觀察目標模組與其鄰近模組在人類、老鼠、斑馬魚 中的差異。(A)JAK2-PAFR-TYK2 模組(CORUM ID: 5178)與 25 個鄰近模組所構成之鄰近 模組子網路，藉由跨物種的比較觀察，可將其大致區分為 3 個區塊，分別是 cell surface receptor linked signaling pathway (橙色)、cellular protein metabolic pathway (紫色)、以及 interleukine receptor signaling pathway (藍色)。其鄰近模組分別對 signal transducer activity 和 cytosol 這 2 個 GO terms 具有高度的一致性。(B)呈現 JAK2-PAFR-TYK2 模組與 the hexameric human IL-6/IL-6α receptor/gp130 (PDB code: 1p9m)模組之間詳細的交互作用 關係，紅色線條表示兩模組之間實際的蛋白質交互作用註解，灰色線條表示模組內部蛋 白質之間的交互作用註解。
B
JAK2-PAFR-TYK2 module (CORUM: 5178)
The hexameric human IL-6/IL-6α receptor/gp130 module (PDB code: 1p9m)
A
H. sapiens M. musculus D. rerioCellular protein metabolic pathway Cell surface
receptor
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圖十五、人類 IL-6 蛋白質(chain B of 1p9m)與老鼠、斑馬魚之同源蛋白質的序列比對 圖
以 BLASTP 進行人類 IL-6 蛋白質與(A)老鼠或(B)斑馬魚之同源蛋白質中的序列比對，
並標示其結合界面(interface)上的 contact residues。
Query : Chain B of 1p9m (IL6 of H. sapiens) Sbjct : IL6 of M. musculus (P08505)
Length = 211
Score = 151 bits (382), Expect = 2e-35, Method: Compositional matrix adjust.
Identities = 74/183 (40%), Positives = 122/183 (66%), Gaps = 3/183 (1%) Query: 4 VPPGEDSKDVAAPHRQPLTSSERIDKQIRYILDGISALRKETCNKSNMCESSKEALAENN 63
V G+ ++D P+R P+ ++ ++ I ++L I +RKE CN ++ C ++ +ALAENN Sbjct: 30 VRRGDFTED-TTPNR-PVYTTSQVGGLITHVLWEIVEMRKELCNGNSDCMNNDDALAENN 87 Query: 64 LNLPKMAEKDGCFQSGFNEETCLVKIITGLLEFEVYLEYLQNRF-ESSEEQARAVQMSTK 122
L LP++ DGC+Q+G+N+E CL+KI +GLLE+ YLEY++N ++ +++AR +Q T+
Sbjct: 88 LKLPEIQRNDGCYQTGYNQEICLLKISSGLLEYHSYLEYMKNNLKDNKKDKARVLQRDTE 147 Query: 123 VLIQFLQKKAKNLDAITTPDPTTNASLLTKLQAQNQWLQDMTTHLILRSFKEFLQSSLRA 182
LI ++ K+L I P P +NA L KL++Q +WL+ T IL+S +EFL+ +LR+
Sbjct: 148 TLIHIFNQEVKDLHKIVLPTPISNALLTDKLESQKEWLRTKTIQFILKSLEEFLKVTLRS 207 Query: 183 LRQ 185
RQ Sbjct: 208 TRQ 210
Contact-residue identity : 7.7% (1/13) Sequence identity : 40.4% (74/183)
Contact residues
Hydrogen-bond residues: green Others : gray
Contact residues
Hydrogen-bond residues: green Others : gray
Query : Chain B of 1p9m (IL6 of H. sapiens) Sbjct : IL6 of D. rerio (GenBank: AFC76325.1)
Length = 231
Score = 36.2 bits (82), Expect = 1.1, Method: Compositional matrix adjust.
Identities = 29/123 (24%), Positives = 56/123 (46%), Gaps = 7/123 (6%) Query 64 LNLPKMAEKDGCFQSGFNEETCLVKIITGLLEFEVYLEYLQNRFESSEEQARAVQMSTKV 123
++ P + D C F+ E CL +I + L ++ Y++ +S ++ STK Sbjct 95 ISTPLLKPSDRCLSKNFSTERCLTRIYSVLTWYKDNWNYIEKENLTS-VLVNDIKHSTKR 153 Query 124 LIQFLQKKAKNLDAITTPDPTTNASLLTKLQAQNQWLQDMTTHLILRSFKEFLQSSLRAL 183
L++ + + + D D T++ T L ++ W + T H IL +F + + RA+
Sbjct 154 LLEAINSQLQVRDG--EMDQTSS----TSLSFKSAWTRKTTVHSILFNFSSVMIDACRAI 207 Query 184 RQM 186
M Sbjct 208 NYM 210
Contact-residue identity : 0% (0/13) Sequence identity : 23.6% (29/123)
A
B
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(二)、TRAP-SMCC mediator 模組
TRAP-SMCC mediator 模組是轉錄機制中的中樞調控子[51, 52]，Mediator of RNA polymerase II transcription subunit 19 (Med19)，此蛋白質是 TRAP-SMCC mediator 模組內 的成員之一，對於肺腫瘤[52]以及乳癌[53]都有所影響。我們在同源網路模組家族網站 輸入此蛋白質，可以因此找尋到 TRAP-SMCC mediator 模組，且此模組找尋到 7 個同源 模組，TRAP-SMCC mediator 模組註解了 3 個 GO terms，分別是 transcription (CRF=0.83)、
RNA polymerase II transcription mediator activity (CRF=1.00)、和 mediator complex (CRF=1.00) (圖十六 B)，有趣的是，此模組的 15 個鄰近模組(綠色節點)所註解的 GO term，
也與 TRAP-SMCC mediator 模組家族具有高度的一致性，這結果顯示我們的網站可以利 用模組家族和其相鄰的模組賦予的 GO terms 的註解為使用者所查詢的蛋白質預測此蛋 白質的細胞功能。
在人類與老鼠的模組交互作用網路中，TRAP-SMCC mediator 模組(紅色節點)共有 15 個鄰近模組，而這 16 個模組中共有 57 條模組交互作用(圖十六 B)，根據 GO terms 和 MIPS FunCat 的分析，這些模組互相動態的調節執行轉錄作用，大致可以分成 3 個區 塊，這 3 個區塊分別是 transcription activation、transcription repression、DNA conformation modification (例:chromatin structure modification) (圖十七)。從我們的模組交互作用網路 中 觀 察到 在 TRAP-SMCC mediator 模組中 的 MED19 蛋白 質和 mediator of RNA polymerase II transcription subunit 29 (IXL or MED29, B4DUA7)蛋白質在哺乳動物中與鄰 近的模組都有著高度的交互作用，這結果意味著 MED19 和 MED29 這兩個蛋白質在腫 瘤(tumorigenesis)、乳腺癌(breast)、肺癌(lung)、胰臟癌(pancreatic cancers)扮演著關鍵性 的角色。
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A
B
D
C
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圖十六、同源網路模組家族網站搜尋TRAP-SMCC mediator 模組之網頁介紹
使用者在同源網路模組家族網站查詢 mediator of RNA polymerase II transcription subunit 19 (Med19) 。(A) 使用者可以輸入蛋白質序列、gene name、UniProtKB。(B)提供圖像 化 TRAP-SMCC mediator 模組、鄰近的模組、鄰近模組交互作用網路、此模組家族及鄰 近模組之演化保留性 GO 註解。(C)提供 TRAP-SMCC mediator 模組與所選擇之鄰近模 組(例: SMCC 模組)間詳細蛋白質交互作用組成。(D)TRAP-SMCC mediator 模組的同源 模組之蛋白質或蛋白質組成。
圖十七、人類、老鼠、斑馬魚之TRAP-SMCC mediator 模組與鄰近模組
TRAP-SMCC mediator 模組(CORUM ID: 867)與 15 個鄰近模組所構成的鄰近模組子網路，
藉由跨物種的觀察比較，可將其大致分成 3 個區塊，分別為 transcription activation (藍色)、
transcription repression (紅色)、DNA conformation modification (橙色)。其鄰近模組在 including transcription、RNA polymerase II transcription mediator activity、mediator complex 的 3 個 GO terms 註解上具有相當高的一致性。
H. sapiens M. musculus D. rerio
DNA conformation modified
(e.g., chromatin structure modification) Transcription
repression
Transcription activation
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