一、技术简介
BiFC是由Hu 等在2002 年最先报道的一种直观、快速地判断目标蛋白在活细胞中的定位和相互作用的新技术[1]. 有报道在GFP 的两个β片层之间的环结构（loop）上有许多特异位点可以插入外源蛋白而不影响GFP的荧光活性，BiFC技术正是利用该荧光蛋白家族的这一特性，将荧光蛋白分割成两个不具有荧光活性的分子片段，再分别与目标蛋白连接。如果两个目标蛋白因为有相互作用而接近，就使得荧光蛋白的两个分子片段在空间上相互靠近，重新形成活性的荧光基因而发出荧光。在荧光显微镜下，就能直接观察到两目标蛋白是否具有相互作用，并且在最接近活细胞生理状态的条件下观察到其相互作用发生的时间、位置、强弱、所形成蛋白复合物的稳定性，以及细胞信号分子对其相互作用的影响等，这些信息对研究蛋白质相互作用有重要意义。
其后发展出的多色荧光互补技(multicolor BiFC)，不仅能同时检测到多种蛋白质复合体的形成，还能够对不同蛋白质间产生相互作用的强弱进行比较.这项技术不需要特殊的设备，相互作用的蛋白也不需要特别的理论配比。因此，BiFC 技术已被国际上众多实验室采用，在活细胞内证明蛋白质的相互作用。
BiFC技术以下几个特点使其对于研究蛋白质相互作用具有独特的优势：
1、能在显微镜下直接观察到蛋白相互作用而且不依赖于其它次级效应；
2、该相互作用可以在活细胞中进行观察，排除了由于细胞裂解或固定可能带来的假阳性结果；
3、蛋白质在近似生理条件的环境下表达，表达水平及特性如翻译后修饰极大地接近于内源蛋白；
4、不需要蛋白质有特别的理论配比，能检测到不同亚群蛋白质间的相互作用；
5、多色BiFC技术不仅能同时检测到多种蛋白质复合体的形成，还能够对不同蛋白质间产生相互作用的强弱进行比较；
6、BiFC技术除了荧光倒置显微镜外，不要求特殊的设备。
实验简单、快捷、直观，并适用于原核、真菌、植物、动物等多种组织、细胞. 该技术的完善与发展必然会为蛋白质组学、蛋白质相互作用连锁图的建立带来福音. 但是，该技术与大多检测蛋白质相互作用的技术一样，也存在着假阴性和假阳性的问题，需要在实验中仔细验证。
可参考文献：
Hu, C.D., Y. Chinenov, and T.K. Kerppola, Visualization of interactions among bZIP and Rel family proteins in living cells using bimolecular fluorescence complementation. Mol Cell, 2002. 9(4): p. 789-98.
Hu CD , Kerppola TK. Simultaneous visualization of multiple protein interactions in living cells using multicolor fluorescence complementation analysis[J ] . Nature Biotechnology , 2003 ,21 (5) :539 - 545.
【摘要】双分子荧光互补（bimolecular fluorescence complementation，BiFC）是指两个不发光的荧光蛋白互补片段在与其融合的蛋白质的相互作用驱动下重新组装形成荧光复合物，恢复荧光特性。基于双分子荧光互补原理的相关技术在多种不同类型的蛋白质相互作用研究中得到越来越广泛的应用。我们对双分子荧光互补技术的原理、特性、应用现状、面临的问题及应用前景进行了概述。
【关键词】双分子荧光互补（BiFC）；互补片段；荧光复合物；蛋白质相互作用
Advances of Bimolecular Fluorescence Complementation Assays
and its Application in the Study of Protein-protein InteractionsCHEN Jing
(State Key Laboratory of Trauma,Burn and Combined Injury, Department of Research Institute
of Surgery, Third Military Medical University，Chongqing 400042，China)
Abstract：Bimolecular fluorescence complementation (BiFC) means two non-fluorescent complementary fragments of fluorescent protein can reassemble to form fluorescent complex and restore fluorescence when they
are fused to two proteins that interact with each other. BiFC analysis has been used to study interactions among a wide range of proteins in many cell types. In this paper, the principle and characteristics of BiFC，the application advances, the limitation and future prospects of BiFC assays are described.
Key words：Bimolecular fluorescence complementation(BiFC)；Complementary fragments；Fluorescent complex；Protein-protein interactions
1 引言
蛋白质相互作用和翻译后修饰的研究使人们对生物调控机制的认识取得了巨大的进展，蛋白质相互作用的研究方法也备受重视，出现了许多具有不同原理和应用特点的相关技术和方法［1-2］。BiFC作为一种用于研究蛋白质间相互作用的新型方法引起了人们的关注。利用BiFC分析能够在活细胞生理环境中原位显示蛋白质相互作用产物，尤其是能在单细胞中同时显示多个蛋白质间的相互作用。近年来，基于BiFC原理的分析方法在蛋白质相互作用和翻译后修饰的研究中逐渐显现出其独特的应用价值。
2 BiFC概述
2.1 BiFC原理
GFP及其突变体作为能够在活体中表达且易于检测的报告基因［3］，通常是以完整的氨基酸序列作为标记物。随着对其结构和功能研究的日益深入，不断发掘一些新的特点，如GFP基酸序列中的某些特定位点与氨基末端以及羧基末端之间的序列循环互换后仍然能够正确折叠形成生色团结构并保持荧光特性［4-5］。Hu CD等通过进一步研究发现［6］，在GFP及其突变体氨基酸序列的155或173位点，将其分裂为均不具备发光性能的荧光蛋白片段，即氨基末端片段（含1-154或1-172氨基酸序列）和羧基末端片段（含155-238或173-238氨基酸序列），当某些特定的氨基末端片段与羧基末端片段组合作为标记分子分别与两个能够发生相互作用的蛋白质配偶体形成融合蛋白、并同时在活细胞中表达时，蛋白质配偶体的结合驱使氨基末端片段与羧基末端片段重新组装形成荧光复合物，恢复荧光效应
［6-7］。这一现象称为双分子荧光互补（bimolecular fluorescence complementation，BiFC），能产生BiFC效应的氨基末端片段与羧基末端片段称为互补片段。
2.2 BiFC的特性
2.2.1 荧光蛋白片段的互补特性按照不同的分裂位点，每个荧光蛋白可产生两个氨基末端片段和两个羧基末端片段，分别以N155、N173和C155、C173表示。BiFC可发生于同一荧光蛋白的氨基末端片段与羧基末端片段之间，如EYFP的N155和C155、N173和C173，也能发生于不同荧光蛋白的氨基末端片段与羧基末端片段之间，如GFP 的N173和EYFP的C173、EYFP的N173和ECFP的C155。某些荧光蛋白片段具有多重互补特性，能够与两种以上其它片段互补，如EYFP的N173能够与EYFP的C173、C155和ECFP的C155形成荧光复合物。但并非所有的荧光蛋白的氨基末端片段与羧基末端片段之间都能产生互补，至今尚未观察到GFP的氨基末端片段与羧基末端片段能形成荧光复合物［8］。
2.2.2 BiFC的光谱特性荧光蛋白的三肽生色团结构（65-67位氨基酸）位于氨基末端片段内，双分子荧光复合物的光谱特性主要取决于氨基末端片段。来源于同一荧光蛋白的互补片段形成的荧光复合物的激发光谱和发射光谱与对应的完整的荧光蛋白光谱一致，在某些情况下有红移现象发生，这可能与互补片段组装过程中生色团周围的氨基酸排列产生一定改变有关［9］。来源于不同荧光蛋白的互补片段形成的双分子荧光复合物的激发光谱和发射光谱介于其来源的两种荧光蛋白光谱之间，与氨基末端片段来源的荧光蛋白光谱接近。总之，相对于天然荧光蛋白，双分子荧光复合物的荧光强度有不同程度的减弱。
2.3 互补片段的研究进展
自BiFC发现以来，最早确认的12种互补片段组合来源于EGFP、EYFP、ECFP［7］，分属7个不同的光谱类型。这些互补片段标记的融合蛋白载体转染细胞并稳定表达后，必须在低温下（30℃）预孵化0～24 h以促进互补片段组装形成的生色团成熟。为克服低温引起的应激刺激的影响，科学家们不断寻找新的性能优异的荧光蛋白互补片段。现已证实YFP的两个新的突变体Citrine和Venus以及ECFP的改进型荧光蛋白Cerulean，其氨基末端片段与羧基末端片段的所有组合均能在37℃生理培养条件下产生荧光互补［8］，这不仅明显缩短了反应时间，使形成的双分子荧光复合物的荧光强度提高2倍以上，并且需要转染的质粒数量也大大减少。在已经发现的互补片段组合中，目前认为最有效、并推荐使用的互补片段组合及其光谱特点［10］见表1。表1 推荐使用的互补荧光片段组合
3 BiFC的应用特点
基于BiFC的原理和互补片段的特性，BiFC技术的应用具有如下特点：
(1)在活细胞生理环境中直接、原位显示蛋白质相互作用产物。
(2)不同的双分子荧光复合物之间的光谱差异能够满足以不同的颜色在同一细胞中同时显示多种蛋白质间相互作用的需要。
（3）BiFC分析适用于可形成二聚体或共价结合的蛋白质间的相互作用, 包括肽、核内蛋白、泛素家族蛋白、信号蛋白、酶复合物、膜蛋白、核酸结合蛋白、植物蛋白、植物病原体。能鉴定新的蛋白质间的相互作用而无需了解其相互作用有关结构基础的先验知识。
（4）荧光蛋白片段与待检蛋白构成的融合蛋白在哺乳动物细胞、植物、微生物中都获得了成功的表达。
（5）双分子荧光复合物的形成不需要外加底物和辅助因子，使蛋白质相互作用的检测对细胞的干扰降低到最小程度。
（6）BiFC具有的灵敏度足以检测与内源性表达水平相当的蛋白质间的相互作用，从而使实验结果更真实地反映天然蛋白的特性。
（7）除普通荧光显微镜外，利用BiFC进行蛋白质相互作用分析不需要特殊仪器，实验结果也不需要进行复杂的数据处理或荧光校正。
4 BiFC的应用现状
4.1 用于蛋白质相互作用的亚细胞定位
不同蛋白质通常分布在细胞的不同部位，成熟蛋白质必须在特定的细胞部位才能发挥其生物学功能。细胞周期的调控过程、细胞的信号转导和转录调控，都依赖于蛋白质空间位置的变化和运动。利用BiFC分析能够获取活细胞中蛋白质相互作用复合物的亚细胞定位信息，从而为我们推断蛋白质的生物学功能提供必要的基础。
利用BiFC对多种不同结构的转录因子之间的相互作用及其亚核定位的研究发现，在多数情况下，转录因子相互作用形成的复合物在胞核的分布相对于未发生相互作用时发生明显改变，由此证实了转录因子之间的相互作用对其亚核定位具有调控作用［6,11-12］。在蛋白质相互作用复合物亚细胞定位的调控研究方面，BiFC也显示出强大的优势。Hu CD等发现Jun与转录激活因子ATF2相互作用形成的异源二聚体在应力活化蛋白激酶刺激下从胞浆易位到胞核［6］。BiFC还应用于蛋白质复合物向不同的亚细胞区域募集的可视化研究，如鸟嘌呤核苷酸交换因子GBF1与ADP
核糖基化因子ARF1形成的复合物在布雷菲德菌素A的刺激下向高尔基体募集［13］；BCL2家族蛋白BIF1和BAX 相互作用产物在细胞凋亡诱导下重新定位于线粒体［14］。
4.2 在单细胞中同时显示多种蛋白质间的相互作用
利用不同的双分子荧光复合物之间的光谱差异，在单细胞中以不同颜色同时显示多种蛋白质间的相互作用产物，称为多色BiFC分析［7］。多色BiFC分析的主要应用为：（1）利用不同的互补片段组合显示多个二聚化蛋白复合物在一细胞中的分布。(2)利用某些荧光蛋白片段具有两个以上互补片段的多重互补特性，研究多个功能各异的蛋白质与共同的相互作用配偶体之间竞争结合。（3）通过比较具有不同光谱特点的荧光复合物之间的相对荧光强度，确定多个蛋白质相互作用复合物形成的相对效率。Fos、Jun以及转录激活因子ATF2三者的所有配对组合均能发生二聚作用，在细胞中调节不同的基因转录。通过多色BiFC分析对Fos、Jun及ATF2之间交互作用相对效率的比较表明，在哺乳动物活细胞中，bFos-bJun异源二聚体形成的效率比bFos-bATF2和bJun-bATF2更高［7］。在Myc/Max/Mad转录因子调节网络中，Myc和Mad家族蛋白均通过与Max蛋白的二聚作用分别实现对细胞生长和增殖的正向和负向调节，Myc和Mad家族蛋白同时与Max发生二聚作用的竞争结果最终决定Myc/Max/Mad网络对细胞增殖的调控。Grinberg 等［12］利用多色BiFC对Max-bMyc和Max-Mad二聚体形成的相对效率进行分析，发现Mad3-Max异源二聚体形成效率低于bMyc- Max，而Mad4-Max异源二聚体形成效率高于bMyc- Max，从而揭示Mad3、Mad4对细胞生长增殖的不同调控机制。
4.3 鉴别酶-底物复合物
在酶-底物的相互作用中，底物特异性以及酶作用部位的识别有助于其新功能的发现。Blondel［15］等利用BiFC
技术研究泛素E3连接酶Grr1与胞质分裂调控因子Hof1在酿酒酵母有丝分裂期的相互作用，发现Grr1诱导的Hof1降解是酵母胞质分裂过程中引起肌动球蛋白收缩的重要步骤。BiFC也成功用于激酶、鸟嘌呤核苷酸交换因子与底物相互作用的鉴定［13,16］。
4.4 信号转导级联
借助于BiFC技术，许多信号蛋白分子在信号转导网络中的相互作用研究也不断深入。转录因子SMAD家族是转化生长因子TGF-β的细胞内信号转导分子，通过BiFC分析发现，SMAD3与SMAD4结合形成的异聚体进入胞核，发挥对靶基因的调节作用；而SMAD3与AKT/PKB的结合却阻止其向核转运［17］。BiFC技术对于研究细胞膜环境对膜蛋白相互作用的潜在影响也具有独特的价值［18-19］，发现一些与人们预期相反的实验结果，如膜蛋白的流动性既不会扰乱发生于其中的相互作用的特异性，也不影响荧光蛋白片段的结合。
4.5 翻译后修饰
许多蛋白质之间的相互作用取决于特定的翻译后修饰，如溴区包含蛋白Bromodomain家族成员BRD2 与乙酰化组蛋白H4之间的结合必须以BRD2含有溴基域、同时组蛋白H4具有含乙酰化作用位点的尾部结构为前提［20］。ERGIC53受体与组织蛋白酶C或组织蛋白酶Z之间的相互作用必依赖于ERGIC53受体的lectin结合域以及配体的糖基化［21］。因此，通过荧光互补现象的观察能够直接检测蛋白质相互作用所必需的特定的翻译后修饰是否发生。
4.6 相互作用配偶体的筛选
基于BiFC进行蛋白质相互作用配偶体筛选的优势在于不仅可在活细胞生理环境中检测目标蛋白的相互作用，并且能直接反映各种刺激因素对相互作用的影响。其主要局限为不同实验条件下蛋白表达水平的差异可能影响鉴定结果。总的来说，BiFC极有希望成为特定细胞环境中相互作用蛋白质配偶体的鉴定方法，也可用于调控蛋白质相互作用的合
成分子或细胞因子的鉴定。Remy［22］等采用基于BiFC的基因库筛选方法，已筛选出AKT/PKB的作用配偶体Ft1蛋白。
4.7 泛素与蛋白底物共价结合的可视化研究
泛素及其类似物(ubiquitin-like modifiers，ubls)与各种底物蛋白形成共价结合以后，通过介导蛋白质降解以及改变蛋白质的细胞定位、蛋白质的酶活性、蛋白质之间的相互作用影响这些底物的功能与活性。泛素/ubls与靶蛋白质之间的共价结合能够促进与其融合的荧光蛋白互补片段结合而形成荧光复合物。尤其是当细胞内存在大量未修饰蛋白质的高表达时，利用BiFC能够选择性地显示那些发生泛素化修饰的蛋白质小亚群。Jun蛋白与泛素家族不同成员相互作用的BiFC分析显示［23］，Jun蛋白与泛素的共价结合使Jun蛋白从核转移到胞浆溶酶体小囊泡，Jun蛋白与泛素类似物SUMO1的结合使Jun蛋白从核质和核仁转运到亚核部位，并且Jun蛋白与泛素、SUMO1的共价结合产物在同一细胞内的分布无重叠。利用BiFC技术对泛素/ ubls与蛋白底物结合产物进行可视化，将成为研究活细胞生理环境中蛋白底物的泛素化及其对蛋白底物生理功能调节作用的有力工具。
5 问题与展望
从2002年首次报道以来，BiFC技术在理论基础和应用方面取得了很大进展，但作为一种新近发展的用于蛋白质间相互作用研究的方法，BiFC技术本身还存在一些局限［10, 24］，如互补片段之间可能发生不依赖蛋白质间相互作用的自发结合而产生背景荧光；互补片段重新组装形成成熟的生色团往往需要数小时，限制了BiFC技术对蛋白质相互作用的实时检测；互补片段结合的可逆性尚存在争议等。可喜的是，经过相关领域科学家的努力，上述问题的解决已初现曙光。大量研究证实来源于EYFP的YN155-YC155是一对特异性较高的互补片段，在其标记的蛋白质发生相互作用时互补效率很高，反之荧光非常微弱［6］。Demidov［9］等通过克隆EGFP的1-158、159-238氨基酸序列作为互补片段研究核酸杂交，在数分钟后观察到荧光，表明氨基末端片段内生色团的自身催化和成熟能够在数分钟内完成。Anderie等发现actin/actin双分子荧光复合物具有可逆性［25］。这些研究表明BiFC完全可能用于蛋白质相互作用的实时研究及其动力学特性分析。我们相信，随着BiFC基础理论研究的深入和新的性能优异的互补片段的发掘，BiFC 技术必将在蛋白质相互作用以及翻译后修饰的研究中具有更加广泛的应用前景。
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举世瞩目的基因组计划使大量的新基因不断被发现，然而单纯的基组DNA序列尚不能解答许多生命问题。基因是相对静态的，而基因编码的产物－蛋白质则是动态的，具有时空性和调节性，是生物功能的主要体现者和执行者。蛋白质的表达水平、存在方式以及相互作用等直接与生物功能相关。 在所有生命活动中，蛋白质之间的相互作用是必不可少的，它是细胞进行一切代谢活动的基础。细胞接受外源或是内源的信号，通过其特有的信号途径，调节其基因的表达，以保持其生物学特性。在这个过程中，蛋白质占有很重要的地位，它可以调控，介导细胞的许多生物学活性。 虽然有一些蛋白质可以以单体的形式发挥作用，但是大部分的蛋白质都是和伴侣分子一起作用或是与其他蛋白质形成复合物来发挥作用的。因此，为了更好地理解细胞的生物学活性，必须很好地理解蛋白质单体和复合物的功能，这就会涉及到蛋白质相互作用的研究。在现代分子生物学中，蛋白质相互作用的研究占有非常重要的地位。因此，揭示蛋白质之间的相互作用关系、建立相互作用关系的网络图，已成为蛋白质组学研究中的热点。 一、生物物理学方法 1. 融合蛋白pull-down实验 融合蛋白pull-down技术基本原理是将一种蛋白质固定于某种基质上（如Sepharose），当细胞抽提液经过该基质时，可与该固定蛋白相互作用的配体蛋白被吸附，而没有被吸附的“杂质”则随洗脱液流出。 被吸附的蛋白可以通过改变洗脱液或洗脱条件而回收下来。为了更有效地利用pull-down技术，可以将待纯化地蛋白以融合蛋白地形式表达，即将“诱饵”蛋白与一种易于纯化地配体蛋白相融合。1988年Smith等利用谷胱甘肽－S－转移酶（glutathione-S-transferase ，GST）融合标签从细菌中一步纯化出GST融合蛋白。从此GST融合蛋白在蛋白质相互作用研究领域里得到了极大的推广。 GST融合蛋白在经过固定有GST（glutathione）的色谱柱时，就可以通过GST与GSH的相互作用而被吸附。当再有细胞抽提物过柱，就可以得到能够与“诱饵”蛋白相互作用的兴趣蛋白。一般来说，GST融合蛋白pull-down方法用于两个方面：一是鉴定能与已知融合蛋白相互作用的未知蛋白质；二是鉴定两个已知蛋白质之间是否存在相互作用。 该方法比较简便，避免了使用同位素等危险物质，在蛋白质相互作用研究中有很广泛的应用。类似的融合蛋白很多，如与葡萄球菌蛋白A融合的“诱饵”蛋白可以通过固定有IgG的色谱柱进行纯化；与寡聚组氨酸肽段融合的“诱饵”蛋白可以通过结合Ni2+的色谱柱进行纯化；与二氢叶酸还原酶融合的“诱饵”蛋白可以通过固定有氨甲喋呤的色谱柱进行纯化等等。 2. 亲和印迹 亲和印迹是将聚丙烯酰胺凝胶电泳分离后的蛋白样品转移到硝酸纤维素膜上，然后检测哪种蛋白能与标记了的“诱饵”蛋白发生作用。此方法所要考虑的是如何保持膜上蛋白的生物活性，如何得到纯化的“诱饵”蛋白等。 3. 免疫共沉淀
检测两种蛋白质之间相互作用得实验方法比较 1、生化方法 ●免疫共沉淀免疫共沉淀就是以抗体与抗原之间得专一性作用为基础得用于研究蛋白质相互作用得经典方法.改法得优点就是蛋白处于天然状态,蛋白得相互作用可以在天然状态下进行，可以避免认为影响;可以分离得到天然状态下相互作用得蛋白复合体。缺点:免疫共沉淀同样不能保证沉淀得蛋白复合物时候为直接相互作用得两种蛋白。另外灵敏度不如亲与色谱高。 ●Fａr—Ｗestｅrｎ 又叫做亲与印记。将PAGE胶上分离好得凡百样品转移到硝酸纤维膜上,然后检测哪种蛋白能与标记了同位素得诱饵蛋白发生作用，最后显影。缺点就是转膜前需要将蛋白复性。2?、等离子表面共振技术（Surfacｅｐｌasmoｎｒｅsoｎance)该技术就是将诱饵蛋白结合于葡聚糖表面,葡聚糖层固定于几十纳米厚得技术膜表面。当有蛋白质混合物经过时,如果有蛋白质同“诱饵”蛋白发生相互作用，那么两者得结合将使金属膜表面得折射率上升，从而导致共振角度得改变。而共振角度得改变与该处得蛋白质浓度成线性关系,由此可以检测蛋白质之间得相互作用。该技术不需要标记物与染料，安全灵敏快速,还可定量分析。缺点:需要专门得等离子表面共振检测仪器。 ３、双杂交技术原理基于真核细胞转录因子得结构特殊性,这些转录因子通常需要两个或以上相互独立得结构域组成．分别使结合
域与激活域同诱饵蛋白与猎物蛋白形成融合蛋白，在真核细胞中表达,如果两种蛋白可以发生相互作用,则可使结合域与激活域在空间上充分接近,从而激活报告基因．缺点：自身有转录功能得蛋白会造成假阳性.融合蛋白会影响蛋白得真实结构与功能。不利于核外蛋白研究,会导致假隐性. 5、荧光共振能量转移技术指两个荧光法色基团在足够近（〈100埃)时，它们之间可发生能量转移得现象。荧光共振能量转移技术可以研究分子内部对某些刺激发生得构象变化,也能研究分子间得相互作用。它可以在活体中检测,非常灵敏,分辩率高,能够检测大分子得构象变化,能够定性定量得检测相互作用得强度。缺点此项技术要求发色基团得距离小于100埃。另外设备昂贵,还需要融合ＧFP给蛋白标记。?此外还有交联技术(ｃrｏsｓ－ｌｉnＫing)，蛋白质探针技术,噬菌体展示技术(Pｈａgｅ dｉsｐｌaｙ）以及生物信息学得方法来检测蛋白质之间相互作用。 1，酵母双杂交 1-5 酵母双杂交系统就是将待研究得两种蛋白质得基因分别克隆到酵 体,从表达产物分析两种蛋白质相互作用得系统 酵母双杂交得原理就是,把报告基因HIS３与l a c Z 整合到酵母细胞基因组中,并受转录因子
研究蛋白质与蛋白质相互作用方法总结-实验步骤 蛋白质与蛋白质之间相互作用构成了细胞生化反应网络的一个主要组成部分，蛋白-蛋白互作网络与转录调控网络对调控细胞及其信号有重要意义。把原来spaces空间上的一篇蛋白质与蛋白质间相互作用研究方法转来，算是实验技巧分类目录的首篇。(另补充2：检测两种蛋白质之间相互作用的实验方法比较) 一、酵母双杂交系统 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。Angermayr等设计了一个SOS蛋白介导的双杂交系统。可以研究膜蛋白的功能，丰富了酵母双杂交系统的功能。此外，酵母双杂交系统的作用也已扩展至对蛋白质的鉴定。 二、噬茵体展示技术 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。 三、等离子共振技术 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。
检测两种蛋白质之间相互作用的实验方法比较 1. 生化方法 ●免疫共沉淀免疫共沉淀是以抗体和抗原之间的专一性作用为基础的用于研究蛋白质相互作用的经典方法。改法的优点是蛋白处于天然状态，蛋白的相互作用可以在天然状态下进行，可以避免认为影响；可以分离得到天然状态下相互作用的蛋白复合体。缺点：免疫共沉淀同样不能保证沉淀的蛋白复合物时候为直接相互作用的两种蛋白。另外灵敏度不如亲和色谱高。 ●Far-Western 又叫做亲和印记。将PAGE胶上分离好的凡百样品转移到硝酸纤维膜上，然后检测哪种蛋白能与标记了同位素的诱饵蛋白发生作用，最后显影。缺点是转膜前需要将蛋白复性。 2. 等离子表面共振技术（Surface plasmon resonance）该技术是将诱饵蛋白结合于葡聚糖表面，葡聚糖层固定于几十纳米厚的技术膜表面。当有蛋白质混合物经过时，如果有蛋白质同“诱饵”蛋白发生相互作用，那么两者的结合将使金属膜表面的折射率上升，从而导致共振角度的改变。而共振角度的改变与该处的蛋白质浓度成线性关系，由此可以检测蛋白质之间的相互作用。该技术不需要标记物和染料，安全灵敏快速，还可定量分析。缺点：需要专门的等离子表面共振检测仪器。 3. 双杂交技术原理基于真核细胞转录因子的结构特殊性，这些转录因子通常需要两个或以上相互独立的结构域组成。分别使结合域和
激活域同诱饵蛋白和猎物蛋白形成融合蛋白，在真核细胞中表达，如果两种蛋白可以发生相互作用，则可使结合域和激活域在空间上充分接近，从而激活报告基因。缺点：自身有转录功能的蛋白会造成假阳性。融合蛋白会影响蛋白的真实结构和功能。不利于核外蛋白研究，会导致假隐性。 5. 荧光共振能量转移技术指两个荧光法色基团在足够近（<100埃）时，它们之间可发生能量转移的现象。荧光共振能量转移技术可以研究分子内部对某些刺激发生的构象变化，也能研究分子间的相互作用。它可以在活体中检测，非常灵敏，分辩率高，能够检测大分子的构象变化，能够定性定量的检测相互作用的强度。缺点此项技术要求发色基团的距离小于100埃。另外设备昂贵，还需要融合GFP给蛋白标记。 此外还有交联技术（cross－linKing），蛋白质探针技术，噬菌体展示技术（Phage display）以及生物信息学的方法来检测蛋白质之间相互作用。 1，酵母双杂交 1-5 酵母双杂交系统是将待研究的两种蛋白质的基因分别克隆到酵母表达质粒的转录激活因子（如GAL4等）的DNA结合结构域基因和转录激活因子（如GAL4等）激活结构域基因，构建成融合表达载体，从表达产物分析两种蛋白质相互作用的系统
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 blot Surface Plasmon Resonance Two-Hybrid System Fluorescence 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
Thermo Scientific Pierce Th S i tifi Pi
蛋 蛋白相互作用的研究方法和实践 实
罗 莎 Rosa Luo Ph.D. Application Scientist Biosciences Division Thermo Fisher Scientific China
酵母蛋白质相互作用图谱
Thick blue lines represent literature-derived interactions from PreBIND+MIPS in the HMS-PCI dataset. Thin orange lines represent potential novel interactions. Courtesy MDS Proteomics
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蛋白质相互作用技术
Genetic Two Hybrid Phage Display Mutational analysis M t ti l l i Biochemical Immunoprecipitation (IP) Co-Immunoprecipitation (C IP) C I i it ti (Co-IP) Pull-Down Assays Far Western FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) Chemical Crosslinking Label-transfer FeBABE F BABE mapping i Fluorescent Immunofluorescence colocalization
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蛋白质相互作用数据库和分析方法 1. 蛋白质相互作用的数据库 蛋白质相互作用数据库见下表所示： 数据库名 说明 网址 BIND 生物分子相互作用数据库 http://bind.ca/ DIP 蛋白质相互作用数据库 https://www.doczj.com/doc/765135122.html,/ IntAct 蛋白质相互作用数据库 https://www.doczj.com/doc/765135122.html,/intact/index.html InterDom 结构域相互作用数据库 https://www.doczj.com/doc/765135122.html,.sg/ MINT 生物分子相互作用数据库 http://mint.bio.uniroma2.it/mint/ STRING 蛋白质相互作用网络数据库 http://string.embl.de/ HPRD 人类蛋白质参考数据库 https://www.doczj.com/doc/765135122.html,/ HPID 人类蛋白质相互作用数据库 http://wilab.inha.ac.kr/hpid/ MPPI 脯乳动物相互作用数据库 http://fantom21.gsc.riken.go.jp/PPI/ biogrid 蛋白和遗传相互作用数据，主要来自于酵母、线虫、果蝇和人 https://www.doczj.com/doc/765135122.html,/ PDZbase 包含PDZ 结构域的蛋白质相互作用数据库 https://www.doczj.com/doc/765135122.html,/services/pdz/start Reactome 生物学通路的辅助知识库 https://www.doczj.com/doc/765135122.html,/ 2. 蛋白质相互作用的预测方法 蛋白质相互作用的预测方法很非常多，以下作了简单的介绍 1) 系统发生谱 这个方法基于如下假定：功能相关的(functionally related)基因，在一组完全测序的基因组中预期同时存在或不存在，这种存在或不存在的模式(pattern)被称作系统发育谱；如果两个基因，它们的序列没有同源性，但它们的系统发育谱一致或相似．可以推断它们在功能上是相关的。
蛋白质-蛋白质相互作用 蛋白质与蛋白质之间相互作用构成了细胞生化反应网络的一个主要组成部分，蛋白-蛋白互作网络与转录调控网络对调控细胞及其信号有重要意义。把原来spaces空间上的一篇蛋白质与蛋白质间相互作用研究方法转来，算是实验技巧分类目录的首篇。(另补充2：检测两种蛋白质之 间相互作用的实验方法比较) 一、酵母双杂交系统 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。Angermayr等设计了一个SOS蛋白介导的双杂交系统。可以研究膜蛋白的功能，丰富了酵母双杂交系统的功能。此外，酵母双杂 交系统的作用也已扩展至对蛋白质的鉴定。 二、噬茵体展示技术 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。 三、等离子共振技术 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。 四、荧光能量转移技术
一、检测蛋白质与蛋白质相互作用 ① FRET技术（in vivo） FRET，Fluorescence resonance energy transfer，即荧光共振能量转移技术。该技术的原理是用一种波长的光激发某种荧光蛋白后，它释放的荧光刚好又能激发另一种荧光蛋白，使其释放另一波长的荧光，如下图所示： 以下图为例，若要利用FRET检测两种蛋白是否有相互作用，需将两种蛋白的基因分别与这两种荧光蛋白的基因融合，并在细胞内表达出两种融合蛋白。然后只需用紫外光对CFP进行激发，并检测GFP是否放出绿色荧光。如果能检测到绿色荧光，那么可以说明这两种蛋白可能有相互作用；反之，则是这两种蛋白没有相互作用。 ②酵母双、三杂交技术（in vivo） 酵母双杂交系统主要用于考察两种蛋白是否有相互作用，其原理是典型的真核生长转录因子，如GAL4、GCN4等都含有二个不同的结构域，即AD和BD。这些转录因子只有同时具有这两个结构域时才能起始转录。由此，设计不同的两个载体，一个含有AD基因（假设为A载体），另一个含有BD基因（假设为B载体）。 一般将一个已知蛋白的基因连在B载体上，作为诱饵(Bait)，将未知蛋白的基因连在A载体上，将这两个载体都转到特定的酵母细胞内，看未知蛋白与已知蛋白是否有相互作用。如果两者有相互作用，那么就可以启动报告基因的转录，从而使这个酵母细胞能在选择培养基上显现出来或者生存下来；如果两者无相互作用，那么报告基因就无法表达，那么这个酵母细胞就无法在择培养基上显现出来或者生存下来，如下图所示：
由于酵母双杂交系统不能鉴定膜蛋白间的相互作用，因此又发展出了分离泛素酵母双杂交系统。该系统的原理如下图所示： 如图所示，将泛素蛋白拆分为两个片段，即C端段(Cub)和N端段(NubG)，并在C端段的N端接上一个LexA-VP16转录因子，此时它并不能激活基因转录（因为它被限制在了C端段上，不能进入细胞核发挥作用）。 将该C端段连到一个膜蛋白上，将N端段连接到另一个膜蛋白上。若两个膜蛋白有相互作用，那么两个膜蛋白在相互靠近时会使泛素蛋白的N端段和C端段靠近结合，形成一个完整的泛素蛋白。此时泛素蛋白酶体会将这一段被泛素标记的片段降解，那么连接C端段的LexA-VP16转录因子掉落，即可进入细胞核启动标记基因的表达。 酵母三杂交的原理与双杂交一样，只是它研究的是两个蛋白和第三个成分间的相互作用，通过第三个成分使两个蛋白相互靠近。第三个成分可以是：蛋白、RNA或小分子，如下图所示： 如上图所示，在加入第三种成分前，蛋白X与蛋白Y之间并无直接相互作用，因此无法使BD和AD靠近，报告基因不能表达；当加入第三种成分后，蛋白X与蛋白Y的距离被拉近，BD和AD靠近，报告基因表达，从而可以被检测到。 ③ Pulldown技术（in vitro） Pulldown，即蛋白沉降技术，它是建立在蛋白质亲和层析的基础上的一种检测蛋白质间相互作用的分析方法。亲和层析的原理如下图所示，不同蛋白对配体的亲和程度不同，因此可以先将非特异结合的蛋白用低浓度缓冲液给清洗出去，只剩目的蛋白与层析柱结合，然后再用洗脱液将目的蛋白洗脱下来，达到纯化目的蛋白的作用。
蛋白质相互作用的主要研究方法 细胞接受外源或是内源的信号，通过其特有的信号途径，调节其基因的表达，以保持其生物学特性。在这个过程中，蛋白质占有很重要的地位，它可以调控, 介导细胞的许多生物学活性。虽然有一些蛋白质可以以单体的形式发挥作用，但是大部分的蛋白质都是和伴侣分子一起作用或是和其他蛋白质形成复合物来发挥作用的。因此，为了更好地理解细胞的生物学活性，必须很好地理解蛋白质单体和复合物的功能，这就会涉及到蛋白质相互作用的研究。在现代分子生物学中，蛋白质相互作用的研究占有非常重要的地位。 研究蛋白质相互作用时要根据不同的实验目的及条件选择不同的实施策略。研究已知蛋白间的相互作用人们关注的是蛋白间能否发生结合，实验本身更趋向于验证性，因此，应选择操作性强、可信度高、接近生理条件的技术方法，尽量减少实验本身带来的假阴性或假阳性。蛋白质相互作用方面的研究方法主要有免疫共沉淀、Far Western blotting、生物信息学、酵母双杂交系统、噬菌体展示、表面等离子共振、荧光能量转移等几种。 1 免疫共沉淀 免疫共沉淀（Co-Immunoprecipitation）是以抗体和抗原之间的专一性作用为基础的用于研究蛋白质相互作用的经典方法。是确定两种蛋白质在完整细胞内生理性相互作用的有效方法。其基本原理是:细胞裂解液中加入抗体，和抗原形成特异免疫复合物，经过洗脱，收集免疫复合物，然后进行SDS-PAGE及Western blotting分析。免疫共沉淀既可以用于检验已知的两个蛋白质在体内的相互作用，也可以找出未知的蛋白质相互作用，不管是两者的哪个，其原则都是一样的，都需要用特异性的抗体和其中的一种蛋白质结合，之后通过蛋白质A或蛋白质G琼脂糖微珠将复合物沉淀下来，然后用SDS-PAGE鉴定。免疫共沉淀中设置正确的对照非常重要，因为该方法可能出现假阳性的概率比较高，设置的对照包括：在对照组中使用对照抗体，以缺失目的蛋白的细胞系作为阴性对照等等。 在免疫共沉淀试验中要保证试验结果的真实性应注意以下几点：（1）确保共沉淀的蛋白是由所加入的抗体沉淀得到的，而并非外源非特异蛋白。单克隆抗体的使用有助于避免污染的产生。（2）要确保抗体的特异性。即在不表达抗原的细胞溶解物中添加抗体后不会引起共沉淀。（3）确定蛋白间的相互作用是发
研究蛋白质与蛋白质相互作用方法总结 蛋白质与蛋白质之间相互作用构成了细胞生化反应网络的一个主要组成部分，蛋白-蛋白互作网络与转录调控网络对调控细胞及其信号有重要意义。 一、酵母双杂交系统 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。Angermayr等设计了一个SOS蛋白介导的双杂交系统。可以研究膜蛋白的功能，丰富了酵母双杂交系统的功能。此外，酵母双杂交系统的作用也已扩展至对蛋白质的鉴定。 二、噬茵体展示技术 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。 三、等离子共振技术 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。 四、荧光能量转移技术
研究蛋白质的相互作用的方法 一、酵母双杂交系统 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。Angermayr等设计了一个SOS蛋白介导的双杂交系统。可以研究膜蛋白的功能，丰富了酵母双杂交系统的功能。此外，酵母双杂交系统的作用也已扩展至对蛋白质的鉴定。 二、噬茵体展示技术 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。 三、等离子共振技术 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。 四、荧光能量转移技术 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。 五、抗体与蛋白质阵列技术
第十一章蛋白质的相互作用(Protein-Protein Interactions) 1. 概况 随着人类基因组测序工作的完成，生命科学进入到后基因组和蛋白组的时代。因此，蛋白质的相互作用研究就显得越来越重要。生命活动过程与蛋白质的相互作用是密不可分的，如DNA合成、基因转录激活、蛋白质翻译、细胞周期调控、信号转导等重要的生命过程均涉及到蛋白质复合体的作用。下面以Wnt 信号通路为例对此加以说明。 Wnt信号通路是一条保守性很强的信号通路，该通路调节控制许多的生命过程，如细胞形态与功能的分化及维持、免疫、应激、细胞癌变与凋亡等等。Wnt信号通路的作用分子包括：Wnt蛋白家族成员、卷曲(frizzled) 蛋白、Dishevelled蛋白、β-联蛋白(β-catenin)、轴蛋白(axin)、结肠癌抑制因子(APC)、糖原合酶激酶(GSK3β)、β-TrCP蛋白、淋巴增强因子(LEF)/T细胞因子(TCF) 等。当没有Wnt信号时，GSK3β、APC、axin组成破坏复合体，使β-联蛋白被磷酸化，最终泛肽化而降解。细胞核内，转录抑制因子Groucho家族成员与转录因子TCF形成复合物，通过HMG框结合在靶基因上，抑制靶基因的转录。当有Wnt信号传入时，通路中的下游分子Dsh抑制了破坏复合体的作用，β-联蛋白在胞质中积累进入核内，TCF与入核的β-联蛋白结合，导致其与Groucho的结合下降，从而去除抑制作用，激活了靶基因的转录。 从上面可以看出，蛋白质的相互作用包括三个方面： ⑴多亚基蛋白质的形成：即分离纯化后可形成两个或多个不同蛋白质，如血红素、色氨酸合成酶、大肠 杆菌DNA合成复合酶等。 ⑵多成分的蛋白质相互作用，如核孔复合体、剪接体、纺锤体等。 ⑶瞬时的蛋白质相互作用，控制着一些重要的生命活动。所有的蛋白质修饰过程都需要这类相互作用。 这类相互作用几乎参与调节细胞内基本生命活动的所有形式，如细胞生长、细胞周期、代谢途径、信号转导等。 除了蛋白质修饰以外，其他过程如转录复合体与特定启动子的结合、蛋白质的跨膜运输、新生肽链的折叠、也包含了瞬时的蛋白质相互作用。 2. 蛋白质相互作用的研究策略与方法 2.1生化方法 2.1.1蛋白质亲和层析 ⑴方法 在一定的条件下，某种蛋白质可以共价连接在基质如琼脂糖(Sepharose) 上，用以结合抽提物中能与该种蛋白质结合的配体蛋白质，抽提物过柱后，用低盐溶液洗脱下未结合的物质，然后用高盐溶液或SDS 洗脱下结合在柱上的蛋白质。有时污染物的存在会影响相互作用的结果，因此蛋白质纯化是蛋白质亲和层析成功的前提。 ⑵蛋白质的纯化方法 获得纯化蛋白质的一个简单方法就是利用融合蛋白，目前常用的融合蛋白为谷胱甘肽S转移酶(glutathione S-transferase, GST)，可以在谷胱甘肽-琼脂糖柱上纯化。其他的还有staphylococcus蛋白A可在含IgG的柱上纯化；含少数组氨酸的肽段在镍柱上纯化；麦芽糖结合蛋白可以在含直链淀粉的柱子上纯化。
蛋白质相互作用的主要研究方法
蛋白质相互作用的主要研究方法 细胞接受外源或是内源的信号，通过其特有的信号途径，调节其基因的表达，以保持其生物学特性。在这个过程中，蛋白质占有很重要的地位，它可以调控, 介导细胞的许多生物学活性。虽然有一些蛋白质可以以单体的形式发挥作用，但是大部分的蛋白质都是和伴侣分子一起作用或是与其他蛋白质形成复合物来发挥作用的。因此，为了更好地理解细胞的生物学活性，必须很好地理解蛋白质单体和复合物的功能，这就会涉及到蛋白质相互作用的研究。在现代分子生物学中，蛋白质相互作用的研究占有非常重要的地位。 研究蛋白质相互作用时要根据不同的实验目的及条件选择不同的实施策略。研究已知蛋白间的相互作用人们关注的是蛋白间能否发生结合，实验本身更趋向于验证性，因此，应选择操作性强、可信度高、接近生理条件的技术方法，尽量减少实验本身带来的假阴性或假阳性。蛋白质相互作用方面的研究方法主要有免疫共沉淀、Far Western blotting、生物信息学、酵母双杂交系统、噬菌体展示、表面等离子共振、荧光能量转移等几种。 1 免疫共沉淀 免疫共沉淀（Co-Immunoprecipitation）是以抗体和抗原之间的专一性作用为基础的用于研究蛋白质相互作用的经典方法。是确定两种蛋白质在完整细胞内生理性相互作用的有效方法。其基本原理是:细胞裂解液中加入抗体，与抗原形成特异免疫复合物，经过洗脱，收集免疫复合物，然后进行SDS-PAGE及Western blotting分析。免疫共沉淀既可以用于检验已知的两个蛋白质在体内的相互作用，也可以找出未知的蛋白质相互作用，不管是两者的哪个，其原则都是一样的，都需要用特异性的抗体与其中的一种蛋白质结合，之后通过蛋白质A 或蛋白质G琼脂糖微珠将复合物沉淀下来，然后用SDS-PAGE鉴定。免疫共沉淀中设置正确的对照非常重要，因为该方法可能出现假阳性的概率比较高，设置的对照包括：在对照组中使用对照抗体，以缺失目的蛋白的细胞系作为阴性对照等等。 在免疫共沉淀试验中要保证试验结果的真实性应注意以下几点：（1）确保共沉淀的蛋白是由所加入的抗体沉淀得到的，而并非外源非特异蛋白。单克隆
蛋白质相互作用的主要研究方法． 蛋白质相互作用的主要研究方法 细胞接受外源或是内源的信号，通过其特有的信号途径，调节其基因的表达，以保持其生物学特性。在这个过程中，蛋白质占有很重要的地位，它可以调控, 介导细胞的许多生物学活性。虽然有一些蛋白质可以以单体的形式发挥作
用，但是大部分的蛋白质都是和伴侣分子一起作用或是与其他蛋白质形成复合物来发挥作用的。因此，为了更好地理解细胞的生物学活性，必须很好地理解蛋白质单体和复合物的功能，这就会涉及到蛋白质相互作用的研究。在现代分子生物学中，蛋白质相互作用的研究占有非常重要的地位。 研究蛋白质相互作用时要根据不同的实验目的及条件选择不同的实施策略。研究已知蛋白间的相互作用人们关注的是蛋白间能否发生结合，实验本身更趋向于验证性，因此，应选择操作性强、可信度高、接近生理条件的技术方法，尽量减少实验本身带来的假阴性或假阳性。蛋白质相互作用方面的研究方法主要有免疫共沉淀、Far Western blotting、生物信息学、酵母双杂交系统、噬菌体展示、表面等离子共振、荧光能量转移等几种。 1 免疫共沉淀 免疫共沉淀（Co-Immunoprecipitation）是以抗体和抗原之间的专一性作用为基础的用于研究蛋白质相互作用的经典方法。是确定两种蛋白质在完整细胞内生理性
相互作用的有效方法。其基本原理是:细胞裂解液中加入抗体，与抗原形成特异免疫复合物，经过洗脱，收集免疫复合物，然后进行SDS-PAGE及Western blotting 分析。免疫共沉淀既可以用于检验已知的两个蛋白质在体内的相互作用，也可以找出未知的蛋白质相互作用，不管是两者的哪个，其原则都是一样的，都需要用特异性的抗体与其中的一种蛋白质结合，之后通过蛋白质A或蛋白质G琼脂糖微珠将复合物沉淀下来，然后用SDS-PAGE鉴定。免疫共沉淀中设置正确的对照非常重要，因为该方法可能出现假阳性的概率比较高，设置的对照包括：在对照组中使用对照抗体，以缺失目的蛋白的细胞系作为阴性对照等等。 在免疫共沉淀试验中要保证试验结果的真实性应注意以下几点：（1）确保共沉淀的蛋白是由所加入的抗体沉淀得到的，而并非外源非特异蛋白。单克 隆．
金属离子与血清白蛋白的相互作用 一、实验目的： 测定过渡金属离子对蛋白质功能的影响 二、实验原理： 金属离子在许多生命过程中发挥关键作用，研究金属离子与蛋白质的结合作用是生命科学的重要内容，是化学和生命科学研究的前沿领域。血清白蛋白是哺乳动物血浆中含量最丰富的蛋白质，它能够储存和转运众多的内源性和外源性物质。由于血清白蛋白在生理上的重要性和易于分离、提纯，从上世纪50年度（国内80年代末）开始，人们对血清白蛋白与金属离子（和药物分子等）的相互作用展开了大量研究，以期在分子水平上揭示相关生命过程的奥秘。 许多蛋白质含有金属离子，金属离子对蛋白质发挥生物学功能起着关键性的作用。在人体基因组编码的蛋白质中，超过30%的蛋白质含有一个或多个金属离子；所有酶中，超过40%的蛋白质含有金属离子，它们在生命活动过程中发挥着各样的生物学功能。许多人类的疾病与金属离子-蛋白质的异常相互作用相关。 目前用于研究金属离子与蛋白质相互作用的研究方法主要有：（1）紫外-可见吸收光谱法；（2）荧光光谱法；（3）平衡透析法；（4）毛细管电泳法；（5）电泳法等。 （一）紫外-可见光谱法 蛋白质通常有3个明显不同的紫外吸收带：（1）210nm以下的吸收来自肽键的吸收以及许多构象因素；（2）210-250nm为芳香族和其他残基的吸收、某些氢键的吸收、与其他构象和螺旋相关的相互作用等多种因素；（3）250-290nm附近为芳香族的残基，其中酪氨酸残基在278nm（Tyr，260-290nm）附近有强吸收，色氨酸残基（Trp）在290nm附近有强吸收，而苯丙氨酸（Phe，250-260nm）的吸收较弱。外界因素如溶剂极性以及pH等会影响吸收光谱。 当金属离子与蛋白质结合时，蛋白质或金属离子吸收光谱的强度或者谱带位置会发生变化，可分为两种情况：（1）蛋白质微扰的金属离子光谱变化，可以推断金属离子的配位环境；（2）金属离子微扰的蛋白质光谱变化，可以推断生色基微环境及蛋白质结构的变化。通过对光谱的比较分析和计算，可以推断金属离子与蛋白质的结合情况。
Protein-Protein Interactions
Protein Structure ?The fundamental unit of protein structure is a domain. ?This region of a polypeptide chain folds into a distinct structure and mediates the protein’s biological functionality.
Abstract View of Protein Structure ?Proteins are represented as shaded areas and the domains as geometrical figures. ?We assume that protein domain (or domain combination) interactions are responsible for protein interactions.
Gen ome: 30.000 genes Transcript ome: 40-100.000 mRNAs Prot eome: 100-400.000 proteins >1.000.000 interactions Dimensions of Information Complexity Genomics vs. Post-Genomics Human Genome Human Proteome Transcripts Protein Interaction 105 106
检测两种蛋白质之间相互作用检测 两种蛋白质之间相互作用的实验方法比较 1.生化方法 ?免疫共沉淀免疫共沉淀是以抗体和抗原之间的专一性作用为基础的用于研究蛋白质相互作用的经典方法。改法的优点是蛋白处于天然状态，蛋白的相互作用可以在天然状态下进行，可以避免认为影响；可以分离得到天然状态下相互作用的蛋白复合体。缺点：免疫共沉淀同样不能保证沉淀的蛋白复合物时候为直接相互作用的两种蛋白。另外灵敏度不如亲和色谱高。 ? Far-Wester n 又叫做亲和印记。将PAGE胶上分离好的凡百样品转移到硝酸纤维膜上，然后检测哪种蛋白能与标记了同位素的诱饵蛋白发生作用，最后显影。缺点是转膜前需要将蛋白复性。 2.等离子表面共振技术(Surface plasm on reso nance )该技术是 将诱饵蛋白结合于葡聚糖表面，葡聚糖层固定于几十纳米厚的技术膜表面。当有蛋白质混合物经过时，如果有蛋白质同“诱饵”蛋白发生相互
作用，那么两者的结合将使金属膜表面的折射率上升，从而导致共振角度的改变。而共振角度的改变与该处的蛋白质浓度成线性关系，由此可以检测蛋白质之间的相互作用。该技术不需要标记物和染料，安全灵敏快速，还可定量分析。缺点：需要专门的等离子表面共振检测仪器。3.双杂交技术原理基于真核细胞转录因子的结构特殊性，这些转录因子通常需要两个或以上相互独立的结构域组成。分别使结合域和 激活域同诱饵蛋白和猎物蛋白形成融合蛋白，在真核细胞中表达，如 果两种蛋白可以发生相互作用，则可使结合域和激活域在空间上充分接近，从而激活报告基因。缺点：自身有转录功能的蛋白会造 成假阳性。融合蛋白会影响蛋白的真实结构和功能。不利于核外蛋白研究，会导致假隐性。 5.荧光共振能量转移技术指两个荧光法色基团在足够近（＜100 埃）时，它们之间可发生能量转移的现象。荧光共振能量转移技术可 以研究分子内部对某些刺激发生的构象变化，也能研究分子间的相互 作用。它可以在活体中检测，非常灵敏，分辩率高，能够检测大分子的构象变化，能够定性定量的检测相互作用的强度。缺点此项技术要求发色基团的距离小于100埃。另外设备昂贵，还需要融合GFP 给蛋白标记。 此外还有交联技术（cross - linKing ）,蛋白质探针技术，噬菌体展示技术（Phage display ）以及生物信息学的方法来检测蛋白质之间相互作用。
1. 生物信息学的定义及主要研究内容 利用计算机存储、检索、分析、预测生物分子组成与结构的科学 2. 目前世界上主要的基因组数据库、蛋白质序列数据库及蛋白质结构数据库是什么 基因组数据库：GenBank、EMBL、DDBJ；蛋白质序列数据库：SWISS-PROT 、PIR、NCBI 蛋白质数据库；蛋白质结构数据库：PDB 3. Sequence alignment 的定义是什么？ 将两个序列的各个字符（代表核苷酸或者氨基酸残基）按照对应等同或者置换关系进行对比排列，其结果是两个序列共有的排列顺序，它是序列相似程度的一种定性描述 4. 什么是多重序列比对 多重序列比对研究的是多个序列的共性。序列的多重比对可用来搜索基因组序列的功能区域，也可用于研究一组蛋白质之间的进化关系。 5. 什么是BLAST？ 是Basic Local Alignment Search Tool 基本局部比对搜索工具的英文缩写。 6. BLAST包含哪些子程序，分别有什么功能？ BLAST 包含5个子程序： blastn为核酸—核酸比对程序，用户输入一个核酸序列可以找到NCBI核酸数据库中与该序列最相似的序列。 blastp为蛋白—蛋白比对程序，用户输入一个蛋白质序列可以找到NCBI蛋白数据库中与该序列最相似的序列。 blastx为核酸—蛋白比对程序，用户输入一个核酸序列，程序会将其按照6种读码形式翻译成蛋白质序列，然后在NCBI蛋白数据库中找到与该序列最相似的序列。tblastn为蛋白—核酸比对程序，用户输入一个蛋白质序列，程序按照氨基酸密码子将蛋白序列转换成核酸序列，然后在NCBI核酸数据库中找到与该序列最相似的序列。tblastx为核酸—核酸比对程序，用户输入一个核酸序列，程序会将其按照6种读码形式翻译成蛋白质序列，同时将数据库中的核酸序列也按照6种读码形式翻译成蛋白质序列，然后比较转换后的蛋白质序列相似性，进而找到核酸数据库中与该序列最相似的序列，该程序运算量很大，比对速度也最慢。 7. 在序列相似性较差的比对中，blastn 参数如何设定更可能找到相似序列？ 降低Expect threshold，降低Word size。 8. 在NCBI数据库中refseq_rna 和refseq_genomic 分布代表什么数据库，有什么特点？refseq_rna为参考rna数据库，refseq_genomic 为参考基因组数据库，参考数据库都是经过人工审核的数据库，具有较高的可信性。 9.什么是FASTA格式？ 文件第一行以大于号开头，随后为任意文字说明，第二行为序列信息，使用核酸或氨基酸序列符号。 10. 在BlastP程序中PAM模型和BLOSUM模型分别用于哪种搜索。 PAM模型可用于寻找蛋白质的进化起源，而BLOSUM模型则用于发现蛋白质的保守域。 11. Blast结果中的E-value是什么？ 12. 如何进行电子克隆？电子克隆时需要注意哪些事项？ 13. 构建进化树有哪些常用的方法，哪些适合于远缘序列进化树构建？ MEGA5 工具栏中的Phylogeny提供5种常用系统进化树的构建方法： Maximum Likelihood, ML最大似然法 Neighbor-Joining，NJ 临位连接法 Minimum-Evolution，ME 最小进化法