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我國科學家開發新型蛋白質相互作用標記技術

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圖. PUP-IT系統標記蛋白質相互作用原理示意圖

  在國家自然科學基金項目(項目編號:31570767、31670919)等資助下,上??萍即髮W莊敏/王皞鵬課題組合作開發出一種新型臨近分子標記技術,研究成果以“A Proximity-Tagging System to Identify Membrane Protein-Protein Interactions”(鑒定膜蛋白相互作用的臨近標記系統)為題,于2018年8月13日在線發表于國際著名期刊Nature Methods(《自然•技術》)。論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41592-018-0100-5。

  細胞內的各種復雜生理活動、細胞對外界環境的反應,都以蛋白質之間的相互作用為紐帶,形成復雜信號轉導網絡系統。蛋白質相互作用包括形成較穩定的蛋白質復合物或瞬時相互作用兩類。一些蛋白質之間的瞬時相互作用有重要的生理功能,但是由于比較微弱,常規方法難以檢測。近年來,臨近標記技術正在被逐漸應用到蛋白質相互作用的研究中。其原理是在已知蛋白上融合一個具有臨近標記功能的酶,通過酶介導的蛋白質共價修飾將與已知蛋白相互作用的蛋白標記上生物素,從而使原本不易被檢測的相互作用蛋白被發現和鑒定。但是目前臨近標記技術常用的兩個酶都有比較大的局限性:BioID方法應用的biotin ligase(生物素連接酶)突變體的活性不夠高,而APEX方法應用的peroxidase(過氧化酶)需要在反應體系里添加過氧化氫。

  莊敏和王皞鵬課題組合作開發了一種不同于BioID和APEX的新型鄰近標記技術,命名為PUP-IT (Pupylation-based interaction tagging)。PUP-IT利用了細菌中的Pup連接酶PafA,通過將鄰近蛋白標記上小分子蛋白Pup來實現對蛋白質相互作用的捕捉。Pup系統不但能對臨近蛋白進行標記,而且能夠捕捉到蛋白質之間微弱的相互作用。他們將PUP-IT系統應用到T細胞表面受體CD28的研究中,鑒定到了多個已知與CD28相互作用的蛋白,并且發現了大量潛在的未報道的CD28相互作用蛋白。

與BioID和APEX等傳統的臨近標記技術相比,PUP-IT技術有一定的優勢。首先,PUP技術的底物分子不容易從酶上脫落,從而降低了標記的背景噪聲;另外由于PUP-IT的底物是小分子蛋白,因此更容易被應用到組織或動物上,于在體水平(in vivo)鑒定和檢測蛋白質相互作用。


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