蛋白质相互作用研究概述
蛋白质相互作用的最新研究进展
蛋白质相互作用的最新研究进展蛋白质相互作用是生物领域中的一个重要研究方向，它与细胞传递信号、基因表达调控、免疫应答等生物学过程密不可分。
随着技术的不断提升和研究方法的不断丰富，近年来蛋白质相互作用的研究取得了诸多进展。
本文将简要介绍蛋白质相互作用的研究进展和其中一些重要的技术、方法。
一、蛋白质相互作用的概述蛋白质是生命中最基本的物质之一，也是组成生物体各种物质和生物活动的重要组成部分。
它们在生命体系中存在着各式各样的相互作用关系，如蛋白质-蛋白质相互作用、蛋白质-核酸相互作用，以及蛋白质与其他小分子相互作用等。
其中蛋白质-蛋白质相互作用在生命科学研究中占有极为重要的地位，因为这种相互作用决定了细胞内各种生物过程如蛋白质复合物、蛋白质分解等等。
蛋白质相互作用通常通过物理和化学方法得到检验，其中最主要的方法是生物物理学和生物化学方法。
包括核磁共振、循环扫描电子显微镜技术、荧光共振能量传递等方法。
二、近年来蛋白质相互作用的研究进展近年来，随着研究方法和技术的不断发展，蛋白质相互作用的研究成果逐渐增多。
1. CRISPR-Cas9技术CRISPR-Cas9技术是一种高效而准确的基因编辑工具，它可以精准地剪切细胞DNA序列，实现基因编辑，从而筛选并识别其中的蛋白质相互作用关系。
2015年，科学家们利用CRISPR-Cas9技术发现了一种名为CENP-C的蛋白质的相互作用关系，这些蛋白质是用来稳定染色体的关键因子之一。
CRISPR-Cas9技术的使用对蛋白质相互作用的研究带来了新的突破。
2. 传感技术感应技术是通过利用物理、化学、生理或生物学原理的某些物质来检测蛋白质与其他生物分子的作用关系。
本质上，这种技术是依靠了酶联免疫吸附检测、化学光学传感器等各种各样的方法来检测蛋白质相互作用。
感应技术是一种具有广泛应用前景的生物技术，它已经被成功应用于检测蛋白质-蛋白质、蛋白质-核酸和蛋白质-低分子相互作用等生物学过程。
蛋白质相互作用的研究
蛋白质相互作用的研究蛋白质是大分子生物化学中的重要组成部分。
它们主要由氨基酸组成，并且在生物体系中发挥着重要的功能。
在细胞内部，蛋白质相互作用是维持细胞生命周期稳定性的关键因素。
因此，蛋白质相互作用的研究，在生物化学、生物物理学和分子生物学等多个领域中都是一个重要的研究方向。
本文将从蛋白质相互作用的定义开始，逐步探讨蛋白质相互作用的分类、特点以及相关的实验技术和研究方法，以期为读者提供系统而又全面的知识储备。
一、蛋白质相互作用的定义蛋白质相互作用是指两个或多个蛋白质之间在生物体系中的结合和相互作用过程。
这种相互作用可以使两个蛋白质之间形成复合体，从而发挥一定的生物功能。
相互作用的结果可能是稳定性增加、功能的调节或协同作用，也可能是抵消性和竞争性作用等不同结果。
二、蛋白质相互作用的分类按参与蛋白质数量，蛋白质相互作用可分为二元、三元、多元相互作用。
其中二元相互作用是指两个蛋白质共同形成复合体，三元相互作用是指三个蛋白质之间形成复合体，而多元相互作用则指多个蛋白质一起结合形成复合体的过程。
按作用原理和机制的不同，蛋白质相互作用可分为静态相互作用和动态相互作用。
静态相互作用的结构相对稳定，很难被破坏或改变，并且其功能一般比较固定。
而动态相互作用则是动态的，随着生理条件的不同呈现出多样的结构和功能特征。
例如，蛋白酶的底物结合就属于动态相互作用的范畴。
三、蛋白质相互作用的特点蛋白质相互作用具有多种特征，最为突出的是其特殊的结构、不确定性和多样性。
其一，蛋白质相互作用形式多样，可以是氢键、离子键、范德华力、疏水作用等多种作用方式。
例如，氢键是通过氢原子与质子和δ-带有部位的非氢原子之间的相互作用而形成的共价化学键，是一种常见的相互作用方式。
其二，蛋白质相互作用具有不确定性。
与单独的蛋白质分子相比，蛋白质相互作用更加难以准确预测。
因为它不仅取决于相互作用双方的结构和性质，还取决于周围环境的作用和影响。
波动的温度、离子浓度和pH值等环境因素都会对蛋白质相互作用的过程和结构产生较大影响。
蛋白质相互作用的研究方法
蛋白质相互作用的研究方法蛋白质相互作用是生物学研究中的重要课题，对于理解细胞信号传导、代谢调控、疾病发生机制等具有重要意义。
近年来，随着生物技术和生物信息学的发展，研究蛋白质相互作用的方法也日益多样化和精细化。
本文将针对蛋白质相互作用的研究方法进行详细阐述。
第一种常用的研究蛋白质相互作用的方法是遗传学方法。
这类方法通过改变蛋白质编码基因的表达水平，或者构建不同蛋白质互作的突变体，来研究蛋白质相互作用的功能和影响。
例如，利用基因敲除、knockdown等技术，可以直接研究蛋白质缺失或表达异常对相互作用的影响。
此外，也可以通过基因突变、序列改变等方法，获得具有不同互作能力的突变蛋白质，从而研究蛋白质相互作用的机理。
第二种常用的研究蛋白质相互作用的方法是生物化学方法。
这类方法利用一系列生物化学手段，如免疫共沉淀、亲和层析、荧光共振能量转移（FRET）、双杂交等技术，直接或间接地检测蛋白质相互作用。
例如，免疫共沉淀方法可以利用抗体将目标蛋白质与互作蛋白质捕获，在复合物的形成中对其进行鉴定和定量。
亲和层析技术可以利用特异性纯化材料将目标蛋白质与互作蛋白质分离纯化，从而鉴定其互作伙伴。
FRET技术通过感光器件检测蛋白质分子之间的非辐射能量转移，从而获得互作信息。
双杂交技术则通过构建DNA诱饵和转录激活子的融合基因，筛选出与目标蛋白质相互作用的蛋白质。
第三种常用的研究蛋白质相互作用的方法是结构生物学方法。
这类方法包括晶体学、核磁共振、电子显微镜等技术，可以获得蛋白质及其复合物的高分辨率结构信息，揭示其相互作用的机理和方式。
例如，晶体学技术可以通过结晶蛋白质及其复合物，并使用X射线衍射技术获得其结构信息。
核磁共振技术可以通过测量蛋白质的核磁共振信号，获得其结构和动力学信息。
电子显微镜技术则可以通过获得复合物的三维电子密度图像，解析蛋白质复合物的结构和构象。
第四种常用的研究蛋白质相互作用的方法是生物信息学方法。
这类方法利用计算机和生物信息学工具，对蛋白质序列和结构进行分析和模拟，揭示蛋白质相互作用的机理和特性。
蛋白质相互作用的研究
蛋白质相互作用的研究蛋白质是生物体内最为重要的生物分子之一，它们在细胞的结构与功能中起着关键的作用。
蛋白质的功能往往是通过与其他蛋白质相互作用来实现的，这种相互作用可以是短暂的、可逆的，也可以是稳定的、不可逆的。
蛋白质的相互作用可以分为两种类型：非共价相互作用和共价相互作用。
非共价相互作用主要有氢键、离子键、疏水作用和范德华力，而共价相互作用通常是通过二硫键形成。
这些相互作用可以在蛋白质的结构和功能中发挥重要的作用。
蛋白质间相互作用的研究对于理解生物体内各种生物过程的调控机制非常重要。
其中一个重要的研究领域是蛋白质-蛋白质相互作用网络的构建与分析。
通过对蛋白质相互作用网络的建模与分析，可以揭示蛋白质相互作用网络的特性与特征，并深入了解蛋白质相互作用在生物过程中的功能与调控。
通过这种研究方法，可以发现潜在的生物标志物，研究疾病的发生机制，以及发现新的治疗靶点。
近年来，高通量技术的发展为蛋白质相互作用的研究提供了重要的工具。
例如，酵母双杂交技术、蛋白质微阵列技术、质谱分析技术等，可以高效地鉴定蛋白质相互作用。
同时，生物信息学与计算方法的进展也为蛋白质相互作用的研究提供了重要的支持。
通过生物信息学方法可以预测蛋白质相互作用的潜在靶点，并进行验证与验证。
除此之外，还有一些其他重要的方法来研究蛋白质相互作用。
例如，结构生物学方法可以通过解析蛋白质-蛋白质复合物的结构来揭示相互作用的基础。
核磁共振技术、X射线晶体学技术和电子显微镜技术等都可以用于解析蛋白质-蛋白质复合物的结构。
另一个重要的方法是热力学和动力学研究。
通过测量蛋白质-蛋白质相互作用的热力学参数和动力学参数，可以揭示相互作用的驱动力和动力学机制。
蛋白质相互作用的研究已经在许多领域取得了重要的进展。
例如，在药物发现领域，通过研究药物与靶蛋白之间的相互作用，可以发现新的药物靶点，并设计和优化药物分子的结构。
另外，在生物工程领域，蛋白质相互作用的研究有助于构建高效的代谢途径和合成途径。
蛋白质相互作用及其生物学意义的研究
蛋白质相互作用及其生物学意义的研究蛋白质相互作用是指两个或更多蛋白质之间的相互作用，这些相互作用对维持细胞的正常生理功能和生命活动至关重要。
蛋白质相互作用是细胞内分子信号传递、基因表达调控、细胞凋亡和细胞走向疾病等多种生物过程的关键机制。
蛋白质相互作用可分为直接相互作用和间接相互作用两种类型。
直接相互作用是指蛋白质之间直接发生物理上的相互作用，例如酶和底物之间的结合、信号蛋白和受体之间的结合等。
间接相互作用则是通过其他分子（如配体、介导蛋白等）的参与而实现的，例如一些蛋白质通过与DNA结合间接影响基因的表达。
蛋白质相互作用的研究对于深入了解蛋白质功能以及相关生物过程的机制具有重要意义。
首先，蛋白质相互作用有助于解析细胞信号传递网络。
细胞内的分子之间通过相互作用构成了复杂的信号传递网络，了解这些网络可以揭示细胞对内部和外部环境变化做出反应的原理。
其次，蛋白质相互作用对于药物研发和疾病治疗具有指导作用。
许多药物的作用机制是通过与靶蛋白质相互作用来调控其功能，因此深入了解蛋白质相互作用可以为药物的设计和开发提供指导。
同时，研究蛋白质相互作用还可以揭示蛋白质功能异常与疾病之间的关联，帮助发现新的治疗靶点和开发新的治疗策略。
近年来，随着高通量技术的发展，研究蛋白质相互作用的方法也得到了广泛应用。
例如，蛋白质亲和纯化技术可以用于鉴定和纯化与特定蛋白质相互作用的其他蛋白质；蛋白质贾可转染技术可以用于研究蛋白质在细胞内的相互作用及其对细胞功能的影响；蛋白质亚细胞定位技术可以用于研究蛋白质相互作用的空间位置等。
总之，蛋白质相互作用在维持细胞正常功能和生命活动中起着重要作用，研究蛋白质相互作用可以帮助我们深入了解细胞信号传递网络、药物研发和疾病治疗等方面的机制。
对于蛋白质相互作用的研究还需要结合多种高通量技术的应用，以期进一步深化我们对细胞和生物过程的认识。
蛋白质相互作用研究方法
应用
一、阳性: 人为转染重组体 artificial 验证实验:进一步验证实验证明其在生理情 况下是否真的有作用。
二.确定参与结合作用的 domain 或 motif
• Ade+ Expresses the ADE2 reporter gene; i.e., does not require Ade in the medium to grow.
• His+ Expresses the HIS3 reporter gene; i.e., does not require His in the medium to grow.
共聚焦显微镜法 • 也可同时进行核染色
Fig.21 Cellular localization of HPO and JAB1. COS 7 cells were tranfected with GFP-HPO or RFP-JAB1 constructs, respectively. The nuclei were stained by Hoechst 33342 (blue). All cell samples were visualized by confocal microscopy (Leica).
UASs, upstream activating sequences AD, activating domain BD, binding domain
• AD/library: A fusion of the GAL4 AD with a library cDNA/protein.
• DNA-BD/bait: A fusion of the GAL4 DNABD with a bait cDNA/protein.
Co-Immunoprecipitation (coIP)
研究蛋白质与蛋白质相互作用方法总结实验步骤
研究蛋白质与蛋白质相互作用方法总结实验步骤蛋白质与蛋白质相互作用是生物学领域中的一个重要研究方向，可以揭示生命活动的基本机理以及药物设计和治疗疾病的潜在靶点。
本文将总结蛋白质与蛋白质相互作用的研究方法以及实验步骤。
一、蛋白质与蛋白质相互作用研究方法总结：1.蛋白质-蛋白质亲和层析法：该方法通过利用蛋白质与目标蛋白质之间的亲和力，将目标蛋白质与其他非特异结合的蛋白质分离，可用于筛选靶向蛋白质的抑制剂或开发特定结合位点。
2.酵母双杂交方法：该方法是通过融合目标蛋白质与一组已知蛋白质相互作用的底物，通过检测底物报告基因（比如启动子）的表达来确定两个蛋白质相互作用的情况。
3.免疫共沉淀法：该方法通过利用抗体的特异性，将目标蛋白质和与其相互作用的蛋白质一同从细胞裂解液中沉淀下来，以证明它们之间存在相互作用关系。
4.光学双光子显微镜或荧光共振能量转移法：这些方法可以利用荧光染料标记的蛋白质，通过观察它们之间的相互作用情况来研究蛋白质与蛋白质之间的相互作用。
5.表面等离子体共振（SPR）：该方法通过在金属表面固定一个蛋白质，然后观察黄金膜表面等离子体共振信号的变化来研究蛋白质与蛋白质之间的相互作用过程。
6.核磁共振（NMR）：该方法利用蛋白质中的^1H、^13C和^15N原子的自旋，通过一系列的波形解析来确定蛋白质与蛋白质之间的相互作用，可以提供高分辨率的结构和动力学信息。
7.体外重组蛋白质表达和结合实验：利用大肠杆菌或霞赤红热单核细胞感染表达载体后表达目标蛋白质，以及通过重组技术制备的其他蛋白质，通过混合这些重组蛋白质来研究它们之间的相互作用。
二、蛋白质与蛋白质相互作用实验步骤：1.实验前准备：根据研究目的选择适当的实验方法和方法，准备相应的试剂和材料。
2.原料处理：获得目标蛋白质样品后，进行必要的纯化或浓缩处理，以去除其他污染物，并保持蛋白质的活性。
3.实验设计：根据研究目的设计实验方案，比如确定实验条件、控制实验和重复实验。
蛋白质相互作用研究和理解
蛋白质相互作用研究和理解蛋白质相互作用是指蛋白质之间或蛋白质与其他分子之间的相互作用。
这些相互作用对于生物体内的许多过程和功能都至关重要。
因此，研究和理解蛋白质相互作用是生物科学中一个重要的研究方向。
蛋白质是生物体内最基本的分子之一，是许多生命活动的执行者和调节者。
它们大多数是由氨基酸组成的线性多肽链，可通过交联和折叠形成具有特定功能的三维结构。
蛋白质相互作用是指当两个或多个蛋白质靠近彼此时，它们之间的相互作用导致它们以某种方式交互。
蛋白质相互作用在生物体内具有很多功能。
例如，它们可以调节相关蛋白质的活性，从而控制代谢途径和细胞信号转导通路。
它们也可以促进、限制或建立细胞间相互作用，从而影响细胞功能和发育。
此外，蛋白质相互作用还可以让不同蛋白质共同作为一个复合物来执行特定功能，例如DNA复制和修复、RNA加工和翻译，以及细胞核内的转录和转录后调控。
因此，研究蛋白质相互作用对于生物科学领域具有重要的意义。
在分子水平上，探索蛋白质相互作用的机制可以帮助人们更好地理解蛋白质结构和功能的关联。
由于许多疾病与蛋白质相互作用的失控有关，因此研究和理解它们也有利于发现和开发新药物。
此外，探索蛋白质相互作用的原理和分子机制还可以为人们设计和改造蛋白质提供指导。
在研究蛋白质相互作用时，生物学家们使用许多不同的实验技术和计算方法。
其中，最常见的实验技术包括蛋白质亲和层析、固相吸附测定、双杂交、免疫共沉淀、荧光共振能量转移、核磁共振等。
这些实验可以帮助人们发现蛋白质相互作用的存在、确认相互作用的部位、确定相互作用的强度和动力学特性等。
而计算方法则主要包括分子对接、分子动力学模拟、蛋白质结构预测等。
这些计算方法可以帮助人们更好地理解蛋白质相互作用的分子机制和结构特征。
近年来，在高通量实验技术和计算方法的支持下，蛋白质相互作用研究已经取得了许多进展。
例如，神经疾病相关蛋白PFAS 的结构已被解析，它的相互作用位点及其在癫痫治疗中的作用也已经被明确。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
FRET基本原理
细胞水平蛋白质相互作用验证—荧光共振 能量转移（FRET）
激光共聚焦显微镜观察
流式细胞仪检测 Heetal.,2005,NucleicAcidsResearch
1 研究蛋白质相互作用的目的和意义 2 蛋白质相互作用研究一般思路 3 生物信息学预测蛋白质相互作用 4 新的结合蛋白的筛选 5 蛋白质相互作用的验证
1、研究蛋白质相互作用的意义
蛋白质主要通过直接相互作用发挥功能
• 实物vs场 →光遗传学（ChR2）、磁蛋白（MagR）
• 力、热、光、电
→大多数蛋白质主要通过直接接触的作用方式发挥功能： • 信号转导：受体-配体结合，受体细胞内信号传递 • 酶活性激活与调节：多亚基酶复合物 • 细胞运动：肌纤维 ……
• 将这两个质粒共转化于酵母细胞中， 或者Mating。
• 利用4种报告基因的表达，筛选阳性 克隆。
• 阳性克隆进一步验证
Co-IP、pull down及亲和层析
• Co-IP • GST pull down • Affinity choromatography
• SDS-PAGE • Western Blot • 2D-PAGE • LC-MS
1. 针对亲和力弱的蛋白：DSS交联 解决方法 2. 针对假阳性蛋白：设置对照组
3. 针对筛选到的蛋白少：进行组学分析
5、蛋白质相互作用的验证
蛋白质相互作用验证方法
细胞水平 • 共定位 • 荧光共振能量转移（FRET） • 双分子荧光互补（BiFC） • 免疫共沉淀 • 酵母双杂交
生物化学水平 • 斑点杂交 • 表面等离子共振 • 生物膜层干涉技术 • 免疫共沉淀
蛋白质相互作用研究概述
• Nature网站检索protein-protein interaction，有20105条结果
新型冠状病毒刺突蛋白与ACE2结合的冷冻电镜结构
Spike 蛋白结构
Spike蛋白表达与纯化
2019-nCoV传染性远远强于SARS-CoV的结构基础
目录
CONTENTS
通过KD明确亲和力
组学数据挖掘及生物信息学预测 相互作用/结合蛋白发掘
蛋白质相互作用/结合验证 生物学功能研究
细胞 水平
生物化学 水平
新机制、新靶点
感谢您的观看
酵母双杂交
Pull down
蛋白质组学 噬菌体展示技术
细胞水平验证
共定位
X1蛋白 X2蛋白 X3蛋白
……
免疫共沉淀 FRET BiFC
酵母双杂交
A-X相互作用
生物化学水平验证
生物学功能水平
斑点杂交 免疫共沉淀
A-X相互作用
Pull down 表面等离子共振技术
生物膜层干涉技术
A-X结合
功能分析 RNAi及rescue
• 根据结构相似性推测 PD1配体
根据序列相似性搜索的到的PD-L1
流式细胞检测PD-1/PD-L1结合
SPR检测PD1/PD-L1结合
2、蛋白质相互作用研究一般思路
蛋白质相互作用研究分类
• 发掘、验证 • 细胞水平、生物化学水平 • 生理蛋白、重组表达蛋白
A蛋白
筛选
生物信息学分析 及预测
不适用于结合力弱或 者瞬间结合的蛋白互 作研究
GST pull down pull down技术可用 于检测蛋白之间的直 接互作关系（与CoIP相比）
非生理状态； GST标签对蛋白质构 象的影响
Strep亲和层析 亲和力强，避免抗体 的影响； 新的短tag降低标签对 蛋白质构象星星。
结合力弱的蛋白难以 被检测到
Co-IP、pull down及亲和层析
Co-IP
GST pull down
Strep affinity chromatography
技术 优点
各项技术 优缺点
缺点
Co-IP
接近天然相互作用， 符合体内真实生理情 况； 实验条件温和，可避 免人为的影响； 可分离得到天然状态 的相互作用蛋白复合 物。
双分子荧光互补（BiFC）
pBiFC-VN173
pBiFC-VC155
表面等离子共振
芯片： 1. CM5芯片：氨基、巯基、醛基
共价偶联。 2. SA芯片：链霉亲和素，可捕获
生物素标记的蛋白 3. NTA芯片：结合his 4. HPA芯片：疏水表面，膜蛋白
分析
5. ……
KD=Ka/kd
生物膜层干涉
• Pull down
细胞水平蛋白质相互作用验证—共定位
Karen E. Johnson et al. J. Virol. 2013; doi:10.1128/JVI.00082-13
• 不能明确蛋白质之间的直接作 用
• 内源蛋白的检测 • 荧光蛋白融合蛋白检测 • 标签融合蛋白的抗体检测
细胞水平蛋白质相互作用验证—荧光共振 能量转移（FRET）
A-X互作、结合 功能相关
3、生物信息学预测蛋白质相互作用
蛋白质-蛋白质相互作用预测原理
• 基于与已知相互作用蛋白的相似性 • 基于基因共表达网络，结构域融合 • 对蛋白质表面特征的计算
已知的蛋白质相互作用数据库
• IntAct • HPRD • DIP • BioGRID • MINT • String • Reactome • Hitpredict
HIV gp120与CCR5结合介 导HIV-1感染宿主细胞
丙酮酸脱氢酶复合物
肌纤维
蛋白质相互作用的类型
• 同源寡聚体、异源寡聚体 • 永久、瞬时 • 共价、非共价 • 互作、结合（interaction、
binding）
发掘新的蛋白质-蛋白质相互作用的意义
• 解析新的生理病理机制，高影响力的研究论文 • 新的药物靶点，巨大的应用价值和市场前景
相互作用 vs 相互结合
基于已知结构的分子对接
• Z-Dock • Struct2Net • Meta-PPISP • ......
4、新的结合蛋白的筛选
寻找结合蛋白常用技术
• 酵母双杂交 • Pull down • 蛋白质组学 • 噬菌体展示技术
酵母双杂交—原理
• DNA结合结构域bait
• 转 pGBKTV7 • pGADT7
酵母双杂交—载体系统
酵母双杂交—基本流程
• 已知蛋白的cDNA序列为诱饵(bait)， 将其与DB结构域融合，构建成诱饵质 粒（pGBKT7,AH109及Y187）
• 将待筛选蛋白的cDNA序列与转录激活 域融合，构建成质粒（pGADT7， AH109）。