蛋白质相互作用

蛋白质相互作用的概述一、为什么要研究蛋白质相互作用二、蛋白质相互作用亲和力：K d=[A][B]/[AB]三、蛋白质相互作用的应用A、利用抗原和抗体的相互作用：Western blot，免疫共沉淀，染色质沉淀，抗体筛库B、利用已知的相互作用建立tag：GST pull down，Biotin－Avidin结合，C、直接利用蛋白质的相互作用：蛋白质亲和层析，酵母双杂交，phage display，Bait蛋白质筛表达库，蛋白质组四、相互作用的生物学意义：蛋白质间的相互作用是细胞生命活动的基础。

五、生物学功能的研究：获得功能或失去功能I、一些常用蛋白质相互作用技术•Traditional co-purification (chromatography co-purification and co-sedimentation)•Affinity chromatography：GST pull down，Epitope-tag•(co-)Immunoprecipitation•Western和Far-Western blotSurface Plasmon ResonanceTwo-Hybrid SystemFluorescence Resonance Energy Transfer (FRET)（实验过程及原理，注意事项，优缺点）III、研究实例讨论一、酵母双杂交系统作用：发现新的相互作用蛋白质；鉴定和分析已有的蛋白质间的相互作用；确定蛋白质相互作用的功能基团具体过程：见书本优点：是酵母细胞的in vivo相互作用；只需要cDNA，简单；弱的相互作用也能检测到缺点：都是融合蛋白，万一融合出新的相互作用；酵母的翻译后修饰不尽相同，尤其是蛋白质的调控性修饰；自身激活报告基因；基因库德要求比较高，单向1/3是in frame蛋白质毒性；第三者Z插足介导的相互作用；假阳性酵母双杂交系统是当前广泛用于蛋白质相互作用组学研究的一种重要方法。

其原理是当靶蛋白和诱饵蛋白特异结合后，诱饵蛋白结合于报道基因的启动子，启动报道基因在酵母细胞内的表达，如果检测到报道基因的表达产物，则说明两者之间有相互作用，反之则两者之间没有相互作用。

将这种技术微量化、阵列化后则可用于大规模蛋白质之间相互作用的研究。

在实际工作中，人们根据需要发展了单杂交系统、三杂交系统和反向杂交系统等。

（1）原理：将编码某一蛋白X的DNA序列与DNA结合域BD的编码序列融合形成一个杂交体，将编码另一蛋白Y的DNA序列与DNA激活域AD的编码序列融合形成另一个杂交体，当两个杂交体共转化酵母细胞（此酵母细胞上游有DNA结合位点的报告基因），若X和Y没有相互作用，则单独不能激活报告基因的转录；若X和Y可相互作用，则使BD和AD靠近形成一个有效的转录激活子，激活报告基因的转录。

因此可通过检测报告基因的转录来研究蛋白质X和Y的相互作用。

(2)应用范围1）已知蛋白之间相互作用的检测：2）蛋白质的功能域研究：通过对其中某一个蛋白质作缺失或定点突变，再用此系统检测是否还存在相互作用，可阐明其功能域或关键氨基酸；3）克隆新基因和新蛋白：将感兴趣的蛋白质基因与BD基因构建成“诱饵”表达质粒，将某一器官或组织的cDNA文库与AD基因构建成“猎物”基因库，共转化酵母细胞，可筛到与感兴趣蛋白质相互作用的蛋白质的cDNA序列，并推测其蛋白质序列。

1）二、噬茵体展示技术2）3）在编码噬菌体外壳蛋白基因上连接一单克隆抗体的DNA序列，当噬菌体生长时，表面就表达出相应的单抗，再将噬菌体过柱，柱上若含目的蛋白，就会与相应抗体特异性结合，这被称为噬菌体展示技术。

此技术也主要用于研究蛋白质之间的相互作用，不仅有高通量及简便的特点，还具有直接得到基因、高选择性的筛选复杂混合物、在筛选过程中通过适当改变条件可以直接评价相互结合的特异性等优点。

目前，用优化的噬菌体展示技术，已经展示了人和鼠的两种特殊细胞系的cDNA文库，并分离出了人上皮生长因子信号传导途径中的信号分子。

4）5）三、等离子共振技术6）7）表面等离子共振技术(Surface Plasmon Resonance，SPR)已成为蛋白质相互作用研究中的新手段。

它的原理是利用一种纳米级的薄膜吸附上“诱饵蛋白”，当待测蛋白与诱饵蛋白结合后，薄膜的共振性质会发生改变，通过检测便可知这两种蛋白的结合情况。

SPR技术的优点是不需标记物或染料，反应过程可实时监控。

测定快速且安全，还可用于检测蛋白一核酸及其它生物大分子之间的相互作用。

8）9）四、荧光能量转移技术10）（fluorescence resonance energy transfer，FRET）FRET：优点：体内测定两个蛋白质之间的相互作用；敏感度高；溶解度好；大分子的主要构象变化能测定；定量和定性测定相互作用。

缺点：只能测定荧光基团大小为（20-100Ǻ）的分子；仪器设备很贵；需要荧光标记FRET可用于研究活细胞生理条件下研究蛋白质-蛋白质间相互作用。

基本原理：在两个不同的荧光基团中，如果一个荧光基团（供体Donor）的发射光谱与另一个基团（受体Acceptor）的吸收光谱有一定的重叠，当这两个荧光基团间的距离合适时（一般小于100 Ǻ），就可观察到荧光能量由供体向受体共振转移的现象，即以前一种基团的激发波长激发时，可观察到后一个基团发射的荧光。

其中以绿色荧光蛋白(green fluorescent protein, GFP)及其突变体的应用最为广泛。

特点：a 反映在当时活细胞生理条件下蛋白质-蛋白质间相互作用的动态变化过程;b 两个荧光集团间的合适距离为20－100 Ǻ（2－10nm）;c 需用荧光或GFP标记测试蛋白。

荧光共振能量转移（FRET ）广泛用于研究分子间的距离及其相互作用; 与荧光显微镜结合，可定量获取有关生物活体内蛋白质、脂类、DNA 和RNA 的时空信息。

随着绿色荧光蛋白（GFP）的发展，FRET 荧光显微镜有可能实时测量活体细胞内分子的动态性质。

提出了一种定量测量FRET效率以及供体与受体间距离的简单方法，仅需使用一组滤光片和测量一个比值，利用供体和受体的发射谱消除光谱间的串扰。

该方法简单快速，可实时定量测量FRET 的效率和供体与受体间的距离，尤其适用于基于GFP 的供体受体对。

FRET就是采用非放射方法，在供体和受体相互靠得很近（1-10 nm）时，将光子能从一个受激发的荧光团（供体）转移到另一个荧光团（受体）。

当它们足够接近时，用CFP的吸收波长激发，CFP的发色基团将会把能量高效率地共振转移至YFP的发色基团上，所以CFP的发射荧光将减弱或消失，主要发射将是YFP的荧光。

两个发色基团之间的能量转换效率与它们之间的空间距离的6次方成反比，对空间位置的改变非常灵敏。

例如要研究两种蛋白质a和b间的相互作用，可以根据FRET原理构建一融合蛋白，这种融合蛋白由三部分组成：CFP（cyan fluorescent protein）、蛋白质b、YFP(yellow fluorescent protein)。

用CFP吸收波长433nm作为激发波长，实验灵巧设计，使当蛋白质a与b没有发生相互作用时，CFP与YFP相距很远不能发生荧光共振能量转移，因而检测到的是CFP的发射波长为476nm的荧光；但当蛋白质a与b发生相互作用时，由于蛋白质b受蛋白质a作用而发生构象变化，使CFP与YFP充分靠近发生荧光共振能量转移，此时检测到的就是YFP的发射波长为527nm的荧光(图1)。

将编码这种融合蛋白的基因通过转基因技术使其在细胞内表达，这样就可以在活细胞生理条件下研究蛋白质－蛋白质间的相互作用。

五、抗体与蛋白质阵列技术蛋白芯片技术的出现给蛋白质组学研究带来新的思路。

蛋白质组学研究中一个主要的内容就是研究在不同生理状态下蛋白水平的量变，微型化，集成化，高通量化的抗体芯片就是一个非常好的研究工具，他也是芯片中发展最快的芯片，而且在技术上已经日益成熟。

这些抗体芯片有的已经在向临床应用上发展，比如肿瘤标志物抗体芯片等，还有很多已经应用再眼就的各个领域里。

六、免疫共沉淀技术免疫共沉淀主要是用来研究蛋白质与蛋白质相互作用的一种技术，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 Pansobin珠上的金黄色葡萄球菌蛋白A(SPA)，若细胞中有正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—SPA\|Pansobin”，因为SPA\|Pansobin比较大，这样复合物在离心时就被分离出来。

经变性聚丙烯酰胺凝胶电泳，复合物四组分又被分开。

然后经Western blotting法，用抗体检测目的蛋白是什么，是否为预测蛋白。

这种方法得到的目的蛋白是在细胞内天然与兴趣蛋白结合的，符合体内实际情况，得到的蛋白可信度高。

（1）原理当细胞在非变性条件下被裂解时，完整细胞内存在的许多蛋白质－蛋白质间的相互作用被保留了下来。

如果用蛋白质X的抗体免疫沉淀X，那么与X在体内结合的蛋白质Y也能沉淀下来。

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缺点：一是两种蛋白质的结合可能不是直接结合，而可能有第三者在中间起桥梁作用；二是必须在实验前预测目的蛋白是什么，以选择最后检测的抗体，所以，若预测不正确，实验就得不到结果，方法本身具有冒险性,三是可能检测不到低亲和力和瞬间的蛋白质－蛋白质相互作用七、pull-down技术蛋白质相互作用的类型有牢固型相互作用和暂时型相互作用两种。

牢固型相互作用以多亚基蛋白复合体常见，最好通过免疫共沉淀（Co- IP）、Pull-down技术或Far-western法研究。

Pull-down技术用固相化的、已标记的饵蛋白或标签蛋白（生物素-、PolyHis-或 GST-），从细胞裂解液中钓出与之相互作用的蛋白。

通过Pull-down技术可以确定已知的蛋白与钓出蛋白或已纯化的相关蛋白间的相互作用关系，从体外传路或翻译体系中检测出蛋白相互作用关系。

1）原理细菌表达的谷胱甘肽s－转移酶（GST）融合蛋白主要用于蛋白的亲和纯化，也可以将GST融合蛋白作为探针，与溶液中的特异性搭档蛋白结合，然后根据谷胱甘肽琼脂糖球珠能够沉淀GST融合蛋白的能力来确定相互作用的蛋白。

一般在得到目标蛋白的抗体前，或发现抗体干扰蛋白质－蛋白质之间的相互作用时，可以启用GST沉降技术。

该方法只是用于确定体外的相互作用。

两种应用：1）确定融合（或探针）蛋白与未知（或靶）蛋白间的新的相互作用2）证实探针蛋白与已知蛋白质间可疑的相互作用生物学意义是一切：1）通过改变蛋白质的相互作用，分析由蛋白质相互作用改变而产生的生物学现象。