解码蛋白 “朋友圈”:4 大核心互作技术全景指南
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引言

    

蛋白质是细胞功能的核心执行者,但约 80% 的蛋白需通过蛋白 - 蛋白相互作用(PPI)形成复合体或动态结合,才能参与信号传导、代谢调控等关键生理过程。PPI 异常与癌症、神经退行性疾病等密切相关,例如 p53 与 MDM2 的异常结合会导致抑癌功能失活,推动肿瘤发生。因此,精准解析 PPI 机制是理解细胞功能、开发靶向药物的关键。目前,研究人员已建立多种 PPI 检测技术,本文将聚焦 4 类核心技术(免疫共沉淀、串联亲和纯化、酵母双杂交、荧光共振能量转移),解析其原理、流程与应用,为相关研究提供参考。
    

一、免疫共沉淀(Co-IP):PPI 验证的 “金标准”

   

免疫共沉淀(Co-IP)是基于抗原 - 抗体特异性结合的经典技术,核心是用诱饵蛋白抗体捕获其复合体,再鉴定互作蛋白,能反映生理状态下的天然 PPI。
   

1.1 技术特点

优势在于检测天然构象蛋白,结果可信度高,可结合 Western blot(验证已知互作)或质谱(筛选未知互作);局限是依赖高质量特异性抗体,灵敏度低(仅检测高亲和力 PPI),且需确保细胞裂解后复合体完整。
   

1.2 核心流程(图 1)

预冷 PBS 洗涤细胞,刮取后离心收集,加 RIPA 裂解液(含蛋白酶抑制剂),4℃高速离心取上清;

总蛋白液中加 Protein A 琼脂糖珠孵育 30 分钟,离心去除非特异性结合杂蛋白;

调整蛋白浓度至 5-10 μg/μL,加诱饵蛋白抗体,4℃孵育过夜;

加琼脂糖珠孵育 2 小时,离心收集复合体,用 RIPA(或 PBS)洗涤 3 次;

加 2× 上样缓冲液煮沸变性,离心取上清电泳,后续通过 Western blot 或质谱鉴定互作蛋白。

 

图1  COIP实验操作流程示意图

   

二、串联亲和纯化(TAP):高通量解析蛋白复合体

    

串联亲和纯化(TAP)通过双标签连续纯化,获得高纯度天然蛋白复合体,适用于大规模筛选 PPI 网络。
     

2.1 技术原理与特点

构建含双标签(如 Protein A-CBP)的诱饵蛋白融合质粒,先通过标签 1(Protein A)结合 IgG 亲和柱纯化,TEV 蛋白酶酶切后,再通过标签 2(CBP)结合钙调蛋白亲和柱纯化,大幅降低杂蛋白污染。优势是假阳性低、可检测稳定与瞬时 PPI;局限是标签可能影响蛋白构象,螯合剂可能破坏部分复合体。
   

2.2 核心流程(图 2)

导入双标签融合质粒至宿主细胞,验证融合蛋白表达;

温和裂解细胞(避免强变性剂),离心取总蛋白液;

上样至 IgG 亲和柱,洗涤后加 TEV 蛋白酶酶切,收集含 CBP 标签的复合体;

上样至钙调蛋白亲和柱,洗涤后用 EGTA 洗脱,获得高纯度复合体;

电泳后通过质谱鉴定互作蛋白。  图2  TAP实验操作流程示意图   

    

三、酵母双杂交(Y2H):PPI 的遗传筛选工具

    

酵母双杂交(Y2H)基于转录激活因子结构域分离特性,适用于验证已知 PPI 或筛选未知互作,1989 年由 Fields 首次报道。
     

3.1 技术原理

真核转录激活因子(如 GAL4)含 DNA 结合域(BD)与转录激活域(AD),二者靠近才启动报告基因表达。将诱饵蛋白与 BD 融合、猎物蛋白与 AD 融合,共转酵母营养缺陷型菌株:若 PPI 发生,BD 与 AD 靠近,激活报告基因(如 URA3、LacZ),酵母可在缺陷培养基生长(图 3)。
 
图3  酵母双杂交原理图
   
   

3.2 技术特点

优势是操作简便、成本低、灵敏度高;局限是假阳性高(非生理性互作),仅适用于核蛋白,无法反映翻译后修饰对 PPI 的影响。实验需设对照排除假阳性,通过营养筛选与显色反应双重验证。
    

四、荧光共振能量转移(FRET):实时动态监测 PPI

   

荧光共振能量转移(FRET)在活细胞内动态监测 PPI 的时空变化,是可视化研究 PPI 的关键技术。
   

技术原理与特点

供体荧光分子(如 CFP)与受体分子(如 YFP)距离 < 10 nm 且光谱重叠时,供体能量转移给受体,导致供体荧光减弱、受体荧光增强。将诱饵蛋白与供体融合、猎物蛋白与受体融合,共转活细胞后,检测荧光强度变化:FRET 信号升高表明 PPI 发生。优势是实时动态、高分辨率、非侵入性;局限是对荧光对要求高,易受背景荧光干扰。
     

五、技术拓展与展望

       

生物信息学是 PPI 研究的重要辅助,目前有综合数据库(如 STRING、BioGRID)、预测数据库(如 PPIpred)与专业数据库,可整合实验数据、预测未知 PPI,但预测结果需实验验证。未来,PPI 技术将向更高分辨率(单分子 FRET)、更广适用性(膜蛋白 Y2H 系统)、更精准调控(结合翻译后修饰分析)发展。这些技术的进步,将为解析疾病机制、开发靶向 PPI 药物(如抑制 p53-MDM2 互作药物)提供更有力的支撑。
   

    

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