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技術(shù)文章

士鋒生物Western blot實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)大量蛋白方法

點(diǎn)擊次數(shù):864 發(fā)布時(shí)間:2013-9-9

這種稱(chēng)為“micro-western arrays”(微印跡分析,譯)的方法能將蛋白檢測(cè)常用實(shí)驗(yàn):Western blot的特異識(shí)別能力,和DNA芯片檢測(cè)的高通量能力結(jié)合起來(lái),幫助科學(xué)家們一次實(shí)驗(yàn)就可以觀測(cè)到細(xì)胞中各種蛋白之間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),節(jié)省了每次反復(fù)實(shí)驗(yàn)的人力和物力。

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的芝加哥大學(xué)癌癥生物研究所資深研究員Richard B. Jones表示,“蛋白才是細(xì)胞中真正的行使功能的‘儀器’,但是由于這一系統(tǒng)太復(fù)雜,所以還沒(méi)有科學(xué)家能深度剖析它們,現(xiàn)在我們終于能利用這一技術(shù)分析蛋白了。”

自上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái),實(shí)驗(yàn)室就開(kāi)始利用Western blot方法來(lái)檢測(cè)蛋白,這種方法又稱(chēng)為免疫印跡,是將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到膜上,然后利用抗體進(jìn)行檢測(cè),對(duì)已知表達(dá)蛋白,可用相應(yīng)抗體作為一抗進(jìn)行檢測(cè),對(duì)新基因的表達(dá)產(chǎn)物,可通過(guò)融合部分的抗體檢測(cè)。Western blot方法由于蛋白是以非共價(jià)鍵形式吸附在固相載體(例如硝酸纖維素薄膜)上,因此能保持電泳分離的多肽類(lèi)型及其生物學(xué)活性不變,從而被廣泛的用于檢測(cè)蛋白水平的表達(dá)。

這一方法導(dǎo)致了細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域大量成果的涌現(xiàn),但是仍然受限于WB實(shí)驗(yàn)需要大量細(xì)胞原料和昂貴的抗體,而且這一方法也不能同時(shí)進(jìn)行多個(gè)蛋白的檢測(cè)。隨著細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)中成百上千的蛋白被發(fā)現(xiàn),科學(xué)家們?cè)絹?lái)越希望能分析這些蛋白的活動(dòng),和蛋白之間的相互作用。

正如Jones博士說(shuō)的那樣,“當(dāng)你走進(jìn)一間黑暗的房間,如果不能獲得許多信息,那么很難去預(yù)測(cè)將會(huì)發(fā)生什么”,“如果有人點(diǎn)亮了燈,那么我們就不會(huì)再磕碰到物體了。”

Micro-western arrays(MWA)技術(shù)就是這樣的一盞燈,這種方法將芯片技術(shù)這種單個(gè)實(shí)驗(yàn)就能檢測(cè)出上千基因的工具運(yùn)用到蛋白上,利用預(yù)制的micro-western膠(包含96個(gè)微膠(miniature,譯)),幫助科學(xué)家們同時(shí)比較數(shù)以百計(jì)的蛋白表達(dá),或者一次性比較不同治療條件下蛋白的情況。而且這種方法只需要納升級(jí)細(xì)胞原料和抗體,減少了實(shí)驗(yàn)成本,也zui大化了單個(gè)樣品實(shí)驗(yàn)?zāi)塬@得的信息。

這種MWA方法具體步驟見(jiàn)下圖,研究人員為了能結(jié)合微型Western Blots方法和微孔板液體操作方法,首先通過(guò)一種96孔板大小的96塊統(tǒng)一的非接觸芯片膠來(lái)預(yù)印細(xì)胞裂解物,這樣6中不同的細(xì)胞裂解物也許就能通過(guò)96個(gè)不同的抗體進(jìn)行檢測(cè),或者24個(gè)不同的裂解物通過(guò)24個(gè)不同的抗體進(jìn)行檢測(cè)。為了增加大分子蛋白的轉(zhuǎn)膜率,以及降低小分子蛋白的轉(zhuǎn)膜率,研究人員使用了醋酸鹽緩沖液來(lái)跑膠。每個(gè)蛋白點(diǎn),每次在膠統(tǒng)一位置加6nl樣品,反復(fù)10次,這比一次放置60nl,蛋白點(diǎn)密度更大,信號(hào)更好。在印跡上樣品后,研究人員將這些樣品進(jìn)行半干式蛋白電泳(semidry electrophoresis),12分鐘后轉(zhuǎn)至NC膜,進(jìn)行掃描檢測(cè)。

升級(jí)Western blot 同時(shí)檢測(cè)大量蛋白方法

這種高通量分析技術(shù),結(jié)合了蛋白芯片分析,將納升級(jí)的樣品點(diǎn)在膠上進(jìn)行電泳,從而可以不同分子量的蛋白進(jìn)行分離,因此效果與傳統(tǒng)的Western Blotting一樣好,但是時(shí)間可以大大縮短,包含transfer、blocking、washing、2nd antibody需要2天,數(shù)據(jù)分析約需要2-3天,整個(gè)過(guò)程大約1周的時(shí)間,比傳統(tǒng)Western Blotting快48倍。這種新的技術(shù),可以用極少量的樣品和抗體分析大量數(shù)目不同蛋白的變化,極適合研究干細(xì)胞、癌細(xì)胞、組織發(fā)育等過(guò)程中信號(hào)傳導(dǎo)路徑(signaling transduction pathway)的變化。

研究人員將MWA技術(shù)與傳統(tǒng)的Western Blot技術(shù)進(jìn)行了比較,見(jiàn)下圖,左邊為傳統(tǒng)的WB方法,中間為MWA方法,研究人員利用200ng/ml的EGF刺激A431細(xì)胞,然后裂解細(xì)胞,獲得裂解物,一抗β-actin單克隆抗體鼠抗(IR800 (LI-COR)二抗檢測(cè),綠色),和多克隆抗體兔抗(Alexa Fluor 680 二抗檢測(cè),紅色)證明了兩者的檢測(cè)效果相當(dāng)。右邊是熒光信號(hào)變化的折線圖。

升級(jí)Western blot 同時(shí)檢測(cè)大量蛋白方法

研究人員也進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),他們分析了一個(gè)癌細(xì)胞系中大量EGFR蛋白的情況,Jones博士說(shuō),“我們開(kāi)始對(duì)這些之前從未有人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,這些實(shí)驗(yàn)證明我們實(shí)際上同時(shí)能觀測(cè)120個(gè)靶標(biāo)”。研究發(fā)現(xiàn)激活EGFR能同時(shí)激活幾種不同的細(xì)胞受體,這是一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn),解釋了為什么一些腫瘤能產(chǎn)生癌癥治療抗性。

Jones博士之前還曾合成超過(guò)500條含磷酸化酪氨酸的多肽,并且利用E. coli細(xì)菌分離數(shù)百個(gè)人類(lèi)SH2- and PTB-位點(diǎn)包含蛋白,研究AR受體以及EGFR、MET和KIT的RTK受體被磷酸化酪氨酸后,與人類(lèi)基因中含SH2-domain或PTB-domain上百個(gè)蛋白之間的相互作用。

隨著更多實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,這一方法未來(lái)也許能用于臨床癌癥和其它疾病更的診斷,或者用于直接個(gè)性化治療,臨床實(shí)驗(yàn)受限于大多數(shù)的癌癥都是通過(guò)一種,或者兩種標(biāo)記物進(jìn)行檢測(cè),這種方法容易出錯(cuò),利用MWA方法,Jones博士表示,“我們就能同時(shí)進(jìn)行多種蛋白檢測(cè),而不會(huì)僅僅局限于單個(gè)的猜想,這是之前從未能做到的。”

一些科學(xué)家也表示了對(duì)這種技術(shù)的看好,比如來(lái)自哥倫比亞大學(xué)生物醫(yī)藥信息學(xué)院的Andrea Califano就表示,“我認(rèn)為這確實(shí)是一項(xiàng)技術(shù)突破,利用這種方法,我們就能更接近真實(shí)情況的模擬修飾后的信號(hào)蛋白,它們具有怎樣的活性,相互之間如何作用,這在目前的技術(shù)條件下是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的”,“這打開(kāi)了一扇了解細(xì)胞分子全貌的窗。”

來(lái)自都柏林大學(xué)的系統(tǒng)生物學(xué)主任Walter Kolch也認(rèn)為,“系統(tǒng)生物學(xué)的zui大難題之一就是無(wú)法獲得高密度,實(shí)時(shí)性和高質(zhì)量的數(shù)據(jù),micro-western array方法也許能zui終解決這一問(wèn)題”,“這是一個(gè)在傳統(tǒng)方法基礎(chǔ)上,運(yùn)用新的idea得到一種新技術(shù)的好例子。”

原文摘要:

Systems analysis of EGF receptor signaling dynamics with micro-western arrays.

Nature Methods, January 24, 2010

實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介:

Dr. Richard Jones實(shí)驗(yàn)室主要進(jìn)行系統(tǒng)生物(system biology)和高通量(high-throughput)方式的研究,

主要研究范圍包含:(1)參與合成超過(guò)500條含phosphorylated tyrosine的peptide,并且利用E. coli細(xì)菌分離數(shù)百個(gè)人類(lèi)SH2- and PTB-domain containing proteins,研究AR受體以及EGFR、MET和KIT之receptor tyrosine kinase(RTK)受體上之tyrosine被磷酸化(phosphorylation)后與人類(lèi)基因中含SH2-domain或PTB-domain之百多個(gè)蛋白質(zhì)可能之交互作用。

(2)參與研發(fā)新的高通量電泳分析技術(shù)(high-throughput western blotting)結(jié)合蛋白質(zhì)微陣列點(diǎn)片機(jī)(protein array),將奈升(nano-litter)尺度的sample,點(diǎn)在膠上進(jìn)行電泳分析。這種名為Micro-Western Array的技術(shù)可對(duì)不同分子量的蛋白質(zhì)進(jìn)行分離,因此效果和傳統(tǒng)的Western Blotting一樣好,但是時(shí)間可以大大縮短,整個(gè)過(guò)程大約1周的時(shí)間,比傳統(tǒng)Western Blotting快。這種新的技術(shù),可以用極少量的sample和antibody分析大量數(shù)目不同蛋白質(zhì)的變化,極適合研究干細(xì)胞、癌細(xì)胞、組織發(fā)育等過(guò)程中訊息傳導(dǎo)路徑(signaling transduction pathway)的變化。

未來(lái)Dr. Richard Jones實(shí)驗(yàn)室將利用Micro-Western Array系統(tǒng)研究干細(xì)胞的分化(differentiation)、癌細(xì)胞周邊的血管增生(angiogenesis)、以及癌癥進(jìn)展和惡化過(guò)程中訊號(hào)傳遞網(wǎng)路的改變。

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