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随着各种序列、结构和功能基因组计划的实施与完成，一些模式生物的全基因组序列已经测定，全基因组尺度的蛋白质结构和相互作用关系正在逐步地被确定。构建基于蛋白-蛋白相互作用的网络在进行系统生物学和基于网络的药物设计的研究中占据了很重要的位置。该类研究的一个核心问题就是蛋白质与蛋白质是怎样形成特异的相互作用复合物的?这个问题的解决将使在基因组尺度构建蛋白-蛋白相互作用网络成为可能，进而为人类解读生命密码的天书提供基础。
本论文工作的核心内容是建立了蛋白-蛋白功能界面预测的打分函数，并开展了基于蛋白-蛋白界面的蛋白质功能嫁接研究。论文主要包括三部分工作：
一、发展了一种适合在蛋白-蛋白相互作用预测中使用的打分函数。研究了与蛋白-蛋白界面相关的四个参数：接触大小、堆积密度、几何互补性和平均势，并将这四个参数以及这四个参数的组合应用到区分生物功能界面和非功能界面中。我们发现：当要区分的界面大小差不多时，平均势较好地区分了生物功能界面和非功能界面。当把平均势和其它三个参数组合在一起进行预测时可以有效地区分真假界面。基于接触大小、堆积密度、几何互补性和平均势，我们提出了一个全新的组合参数(CFPScore)，该参数对同源二聚体的预测正确率为96.6﹪，相应的φ值为0.91；使用同样的参数来分单体，错误率下降到19.8﹪。与其它的基于统计学习的模型相比，我们的参数组合简单，而且基于物理模型，可以很容易地应用到蛋白-蛋白界面分析和对接的计算中。在蛋白分子对接中应用的测试结果表明CFPScore打分函数可以成功地用于蛋白质分子对接中正误结构的判断。
二、利用本实验室已建立的蛋白质功能嫁接算法，设计了具有EPO活性的功能蛋白质。生物测活实验表明设计的功能蛋白质PLCδ-1PH结构域突变体具有拮抗EPO生物活性的功能，体外的KD为20nM，细胞实验得到的IC50为5.7μM。该蛋白质进行突变后与EPO只有几个功能残基一样，这个例子验证了蛋白的疏水核心只起骨架的作用，功能由其局部表面决定的观点。在此基础上利用蛋白质侧链安装程序对于界面进行了优化设计。该研究工作是蛋白质-蛋白质界面全新设计的一个成功实例。
三、根据已有的实验数据，模建了TNFα与TNFR1受体的相互作用，并结合相关的点突变实验和细胞生物学实验对TNFR1的功能位点进行确定，进一步指定了进行嫁接计算的关键功能残基。利用本实验室已建立的蛋白质功能嫁接算法，设计了一些潜在的具有TNFR1活性的功能蛋白质。这些设计的蛋白的生物活性还需要实验进一步验证。其中，初步的实验表明PLCδ-1PH结构域相关突变体具有结合TNFα的活性，有可能在相关疾病治疗方面有潜在的重要应用前景。
以上三方面的工作，以蛋白-蛋白分子识别问题为主线，发展了一种新的用于蛋白-蛋白分子识别的组合打分函数CFPScore，并成功地进行了基于蛋白-蛋白识别的功能蛋白质设计。功能蛋白设计的成功为揭示蛋白质结构与功能的关系提供了证据。同时，设计的具有生物活性的功能蛋白质将有可能为人类战胜各种相关的疾病带来福音。