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这些蛋白质互作实验方法,你都了解吗?
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2023.11.13 云南

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蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)对解析生命活动过程与疾病发生发展过程至关重要。随着时代发展,虽然大规模、高通量的生物学研究手段大大促进了蛋白质相互作用的预测,但这种预测还需要进一步利用体外和体内系统进行验证。分析蛋白质互作的方法多种多样,本篇文章为大家介绍以下几种互作分析技术:


免疫共沉淀 Co-IP


免疫沉淀 (IP) 、免疫共沉淀 (Co-IP) 和pull-down 都是常用的从复杂的混合样品中获取目标分子,以进行下一步分析的方法,如检测蛋白质能否相互作用。在此类实验中,被研究的蛋白质称为“诱饵”蛋白,“诱饵”蛋白的互作蛋白称为“猎物”蛋白。“诱饵”蛋白与“猎物”蛋白结合后,利用靶蛋白—抗体—Protein A/G—磁珠/琼脂糖珠的结合方式获取复合物,再通过SDS-PAGE、Western blot 或质谱等方法进一步对复合物中的靶蛋白进行分析。

免疫共沉淀方法简单,是识别感兴趣蛋白质的相互作用、深入了解其结构和功能的初步实验方法。但是它也有相应的局限性,比如很难验证两种蛋白质是否直接发生相互作用、不能得到这种相互作用亲和力等定量信息等。因此需要在相互作用分析与筛选后,使用其他方法验证更详细的相互作用信息。


图1:使用抗体进行 Co-IP 与使用 Strep-Tactin®XT 进行pull-down


融合蛋白沉降 pull-down

IP和Co-IP通过固定抗体来捕获诱饵蛋白质及其结合分子,而pull-down可使用带亲和标签的目的蛋白进行,在体外验证蛋白间的直接相互作用。Pull-down是通过磁珠/琼脂糖填料固定带有标记的“诱饵”蛋白,从细胞裂解液、纯化蛋白或表达系统中捕获“猎物”蛋白,然后将复合物蛋白分离后进行凝胶或质谱分析,从而确认互作蛋白的 “身份”。Pull-down较Co-IP的优点在于,不仅能证实靶蛋白的直接相互作用,且洗脱条件也很温和,保留蛋白质结构与天然蛋白复合体的同时,又避免将非特异性结合的蛋白质共同洗脱下来,确保了后续分析的准确性。这一优点在Strep-tag技术中充分体现。图2为应用MagStrep“type3”XT 磁珠进行蛋白质Strep pull-down步骤图。

图2:Strep pull-down互作蛋白质分析示意图。
A: Strep-Tactin®XT包被磁珠;B: 固定带有Twin-Strep-tag®标记的“诱饵”蛋白;C: 孵育“诱饵”蛋白与含有“猎物”蛋白的溶液;D: “猎物”蛋白与“诱饵”蛋白形成复合物;E: 复合物蛋白进行凝胶分析;F: 复合物蛋白进行质谱分析

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表面等离子共振SPR



表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)技术是一种基于物理光学现象的检测技术,是分析生物分子间结合作用的常用方法之一,通过直接、实时、无标记的测量来分析分子间的亲和力及动力学参数,在生物治疗药物的发现和开发中发挥着重要作用。

SPR的原理是在芯片表面固定一层生物分子识别膜,然后将待测样品流过芯片表面,若样品中有能够与芯片表面的生物分子识别膜相互作用的分子,会引起金膜表面折射率变化,最终导致SPR角变化,通过监测SPR的角度变化,获得被分析物的浓度、亲和力、动力学常数和特异性等。


图3:SPR检测原理与Strep-Tactin®XT包被的感受器晶片

图三中所示的基于Strep-tag®系统方法,采用是间接的捕获方式来分析目的蛋白,解决配体稳定性差、纯度低、再生困难的同时,可进行定向、高亲和力的配体固定,实现长解离时间和慢解离速率的测量,最小化非特异性结合。


生物膜干涉 BLI


生物膜干涉技术(Bio-Layer Interferometry, BLI), 是一种无标记(Label-free)光学生物传感技术,用于实时监测分析生物分子相互作用(例如抗原-抗体相互作用),并对其结合强度和动力学进行量化分析。与SPR技术不同的是, BLI技术中不使用金属芯片,而是利用生物传感器。将配体偶联在传感器的末端,浸入样品中来捕获分析物。

图4:BLI传感器与 Strep-Tactin®XT 相结合,特异性捕获 Twin-Strep-tag® 融合蛋白

当光束射出后,对来自生物传感器末端表面的反射光进行测量,如果配体与分析物相互作用,则末端表面的膜层比仅有配体(未结合分析物)的膜层更厚,反射光波长也不同,两种反射光谱之间的波长形成一束干涉光谱。BLI 仪器通过测量来自配体,或配体-分析物的复合物的干涉光谱位移值,实现结合强度和动力学的实时监测。

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