体外双分子荧光蛋白检测化学交联剂的研究

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蛋白质是生命活动的物质基础,是构成细胞的主要有机大分子。但生命活动的执行往往不是某个单一蛋白质所能完成的,几乎所有活细胞中的生物过程都是由蛋白质的复杂相互作用介导的。因此,鉴定和分析蛋白质之间的相互作用对于确定和理解生物系统中蛋白质的功能至关重要。目前有许多技术可以获取蛋白质相互作用的信息,其中由于化学交联适用于稳定真正的相互作用和冻结瞬时或不稳定的共价键相互作用,在蛋白质间的相互作用研究中已得到广泛应用。化学交联对于单个纯化蛋白和蛋白质复合物的结构表征也有显著的优势,交联中识别的交联残基/肽段提供了精确距离,有助于确定三维结构模型。化学交联剂的特异性是进行交联实验时要考虑的最重要的特性之一,在传统交联剂的基础上,筛选开发新的化学交联剂仍是热门研究领域,特别是针对蛋白质发生交联作用的交联剂。但化学交联剂对蛋白质间交联是否发生发生以及在使用化学交联剂后检测蛋白交联的效率,现阶段仍主要依靠SDS-PAGE蛋白电泳法或者质谱分析技术进行检验。SDS-PAGE蛋白电泳法检测蛋白交联步骤较为繁琐、耗时较长,而质谱法需要的仪器设备昂贵。基于此,我们开展了本实验研究,旨在开发一种快速、简便、高通量的体外初步筛选蛋白化学交联剂的新方法。本研究构建了带有组氨酸标签和红色荧光蛋白(m Cherry)目的基因的质粒载体p ET29(b)-m Cherry,以红色荧光蛋白(m Cherry)和无标签的可溶性绿色荧光蛋白(soluble GFP,s GFP)为实验材料,借助组氨酸标签与固相介质(Ni NTA Beads)吸附结合特性,采用甲醛和戊二醛两种化学交联剂对两种荧光蛋白进行交联。在研究等摩尔浓度荧光蛋白混合液交联中,通过添加等量Ni NTA Beads吸附结合后,检测剩余溶液中s GFP荧光强度初步确定最佳交联剂交联浓度。通过同时开启激光共聚焦显微镜594 nm和488 nm激发波长,对Ni NTA Bead直观化检测,检验交联作用的发生与否,并利用Cellsens Standard软件对显微镜捕获的结果进行交联效率的统计。为进一步验证本研究方法的灵敏性与稳定性,我们设计了微量检测非等比例荧光蛋白摩尔浓度交联。在一种荧光蛋白浓度比较微量的前提下,改变另一种荧光蛋白的加入量,观察本研究技术是否依旧可以快速灵敏地检测到交联结果。最后,我们使用传统的SDS-PAGE技术辅助检测戊二醛和甲醛不同浓度对两种荧光蛋白的交联结果,进一步验证本研究技术的准确度。实验结果表明,成功构建p ET29(b)-m Cherry质粒载体,并诱导纯化得到红色荧光m Cherry和高可溶性绿色荧光蛋白s GFP。最佳交联浓度实验结果表明,戊二醛的最佳交联浓度为1.0%,甲醛最佳交联浓度为1.5%,此时,其对应的蛋白溶液中s GFP荧光强度最低。激光共聚焦显微镜观察及效率统计结果显示,在同时开启594 nm和488 nm激发波长下,实验样品呈现双荧光(黄色),两种交联剂的所有实验样品均已发生交联,而对照组中仅有m Cherry呈现红色荧光,且1.0%戊二醛浓度的交联效率及1.5%甲醛浓度的交联效率为同组最高,分别为95.6%,90.9%。二种蛋白非等比例下的研究表明,即使在荧光蛋白溶液为3μL以及两者浓度差异为27倍时,仍能比较灵敏地检测交联效果。SDS-PAGE结果表明,两种交联剂的样品存在特异条带,所有样品已发生交联,与上述实验结果一致。总之,本实验为体外检测蛋白化学交联剂的研究提供了一个简便、高效的直观化技术手段,同时也为体外初步大量快速筛选蛋白化学交联剂提供了技术可能性。
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