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利用质谱分析蛋白质的相互作用

2018年09月25日 14:12人气：1313

　　【中国仪器网行业应用】蛋白质间的相互作用存在于生物体每个细胞的生命活动过程中，互交叉形成网络，成细胞中一系列重要生理活动的基础。其中，多数蛋白质是通过与配体分子结合或者是作为1个大的生物复合体的一部分，与细胞完整性维持、遗传物质复制、基因表达调控、信号转导、免疫应答等一系列生命过程。研究蛋白质间相互作用的方式和程度，将有助于蛋白质功能的分析、疾病致病机理的阐明和治疗和新型药物的开发等众多难题的解决。因此，确定蛋白质间相互作用关系、绘制相互作用图谱已成为蛋白质组学研究的热点。近年来有许多方法被用于蛋白质相互作用的研究，酵母双杂交技术，免疫共沉淀技术，串联亲和纯化技术，化学交联技术，蛋白质芯片技术，荧光共振能量转移技术，噬菌体展示技术等。

　　酵母双杂交技术

　　Fields和song等首先在研究真核基因转录调控中建立起来的，是在真核细胞中检测蛋白质与蛋白质之间的相互作用的方法。该系统是通过两个分别称之为“诱饵蛋白”和“捕获蛋白”的融合蛋白形成一个完整的转录激活因子，从而激活报告基因的表达，通过在营养缺陷型培养基上生长或呈现显色反应来检测系统的功能。酵母双杂交系统可在全基因组规模上进行蛋白质一蛋白质相互作用高通量的研究。

　　免疫共沉淀技术

　　免疫共沉淀是利用抗原和抗体的特异性结合以及细菌的Protein A或G特异性地结合到免疫球蛋白的Fc片段的现象开发出来的方法。其基本原理是，在细胞裂解液中加入抗兴趣蛋白的抗体，孵育后再加入与抗体特异结合的结合于Agarose珠上的Protein A或G，若细胞中有与兴趣蛋白结合的目的蛋白，就可以形成这样一种复合物——“目的蛋白—兴趣蛋白—抗兴趣蛋白抗体—Protein A或G”，经变性聚丙烯酰胺凝胶电泳，复合物又被分开。然后经免疫印迹或质谱检测目的蛋白。这种方法得到的目的蛋白是在细胞内与兴趣蛋白天然结合的，符合体内实际情况，得到的结果可信度高。这种方法常用于测定两种目标蛋白质是否在体内结合；也可用于确定一种特定蛋白质的新的作用搭档。

　　串联亲和纯化技术

　　串联亲和纯化(TAP)是一种能快速研究体内蛋白质相互作用的新技术，经过两步特异性亲和纯化，可快速得到生理条件下与靶蛋白质存在真实相互作用的蛋白质。该技术通过在靶蛋白质一端嵌入一个特殊的蛋白质标签(TAPtag)，不破坏靶蛋白质调控序列，且靶蛋白质表达量与体内水平相当；经过两步连续的亲和纯化获得接近自然条件的特定蛋白质复合体，后用质谱技术或Edman 降解法进行蛋白质鉴定。与传统的研究蛋白质相互作用的技术相比，TAP 技术具有周期短、假阳性结果少等优点。

　　化学交联技术

　　交联剂是能在线型分子间起架桥作用从而使多个线型分子相互键合交联成网络结构的物质。促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。化学交联剂是能够和蛋白质反应的带有双功能团的化学试剂。通过功能团和氨基酸残基反应，偶联两个蛋白质或者更多的蛋白质形成网状交联。功能团决定了交联剂的反应特异性。化学交联试剂捕获感兴趣的发生了相互作用的蛋白质对，结合生物质谱的高解析能力，快速、高通量地获取蛋白质结构信息。

　　蛋白质芯片技术

　　蛋白质芯片是一种新型的生物芯片，是由固定于不同种类支持介质上的蛋白微阵列组成，阵列中固定分子的位置及组成是已知的，用未经标记或标记(荧光物质、酶或化学发光物质等标记)的生物分子与芯片上的探针进行反应，然后通过特定的扫描装置进行检测，结果由计算机分析处理。

　　蛋白质芯片具有以下特点: 1)特异性强。这是由抗原抗体之间、蛋白与配体之间的特异性结合决定的；2)敏感性高。可以检测出样品中微量蛋白的存在，检测水平已达ng级；3)通量高。在一次实验中对上千种目标蛋白同时进行检测，效率*；4)重复性好；不同次实验间相同两点之间差异很小；5)应用性强。样品的前处理简单，只需对少量实际标本进行沉降分离和标记后，即可加于芯片上进行分析和检测；6)适用范围广。适用于包括组织、细胞系、体液在内的多种生物样品。

　　荧光共振能量转移技术

　　荧光共振能量转移(FRET)是指两个荧光基团间能量通过偶极一偶极耦合作用以非辐射方式从供体传递给受体的现象，可被用于测定分子间的距离。FRET荧光探针主要有荧光蛋白、有机荧光染料、镧系染料和量子点，FRET方法的特点是适用于活细胞和固定细胞的各类分子，灵敏度和分辨率高，并能清晰成像，直观地提供蛋白质相互作用的定位和定量信息，因而受到广泛重视。

　　噬菌体展示技术

　　噬菌体展示技术是一种亲和选择和基因表达产物相结合的技术，以改造的噬菌体为载体，将外源多肽或蛋白与噬菌体的一种衣壳蛋白融合表达，融合蛋白将展示在病毒颗粒的表面，而编码这个融合子的DNA则位于该病毒粒子内，通过检测病毒内部的DNA来测定融合蛋白序列。噬菌体展示技术使大量随机多肽与其DNA编码序列之间建立了直接联系，使得各种靶分子的多肽配体通过一种被称为淘选的体外选择程序得以快速鉴定。

　　下面举一个具体的例子来说明酵母双杂交技术的应用

　　酵母双杂交技术

　　水稻条纹叶枯病是东亚地区普遍发生的毁灭性水稻病害，被称为水稻上的“癌症”。其病原是水稻条纹病毒(RSV)，RSV 具有*的基因组结构和编码策略，它由4条RNA链组成，其核苷酸共参与编码7个蛋白，包括RdRp、NS2、NSvc2、CP、NS3、SP、NSvc4。

　　目前，研究蛋白一蛋白相互作用经典的方法当属酵母双杂交技术。该技术几乎能进行整个细胞内的蛋白质相互作用的筛选，包括膜蛋白、转录活性蛋白以及定位于不同亚细胞结构的蛋白。它具有简便、灵敏、、高通量和价格相对低廉的特点。但该方法也存在有一定的局限性。首先，许多已知的相互作用并没有在大规模的筛选中被鉴定出来，表明这种方法存在这较高的的假阴性，其主要原因有：筛选方法不同检测到的蛋白间的互作也不同。例如经典的酵母的双杂交系统只能检测到核内蛋白，对胞质蛋白和膜蛋白则检测不到；融合的报告蛋白很可能空间排列受阻，从而影响蛋白的互作；有些蛋白间的互作是瞬间发生的，目前一些方法很难检测到，的真核生物在酵母中表达的蛋白缺乏转录后修饰，因此发生的互作很难检测到；报告基因的缺陷；RNA聚合酶1的变化等等。其次，假阳性可以反映蛋白质间非特异性相互作用，也就是说捕获蛋白能与许多不同的诱饵蛋白相互作用，即薪性捕获，这可能是由于有些蛋白需要与多个蛋白质相互作用才能正常使用其功能，如分子伴侣；同时，诱饵蛋白和捕获蛋白可能存在自激活能力，不需要发生蛋白质间的互作就能激活报告基因的表达；有些蛋白存在于不同的组织中，或在发育的不同时间表达，或分布在细胞不同的区域，它们在正常情况下不可能发生互作却被检测到了，这样的互作也是一种假阳性。要想检测双杂交中筛选到的相互作用是否真实，还需进行其他的验证实验再次验证。除此之外，通过统计学方法可以给每一个相互作用一个可靠度分值，从而能够排除许多假阳性。

　　酵母双杂交系统的建立，发展和完善为蛋白质组学的发展提供了有效的途径。随着后基因组时代的发展，人们对蛋白质结构与功能的研究将不断深入，这就需要更，更便捷的新的互作系统被开发出来。同时，随着细胞内大规模的蛋白质动态互作网络的构建以及生物信息学的飞速发展，蛋白质互作组学必将进入一个全新的发展阶段。

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