无细胞系统原位制备蛋白质芯片及其应用

主要介绍了目前在生物芯片表面进行蛋白质无细胞表达与定向制备蛋白质芯片的研究进展,包括各种基因植入芯片的方法、蛋白质体外不同表达的途径、蛋白质固定的策略以及可能的应用发展前景等．蛋白质芯片以其高通量、高灵敏和检测迅速等优点正成为蛋白质组学研究中的重要工具之一．蛋白质的高效表达与纯化、蛋白质在芯片表面的有效固定与蛋白质活性的保持等内容是蛋白质芯片技术发展的关键．采用纳米生物技术与无细胞表达系统,已经可以在生物芯片表面通过植入基因的方式制备相关的蛋白质芯片,从而为蛋白质芯片的原位制备开辟了新的方向．     

无细胞蛋白质芯片的制备及其应用

蛋白质芯片是生物技术和功能蛋白组学的关键技术之一. 传统的生产蛋白的方 法周期长且费用高. 无细胞蛋白质合成系统和蛋白芯片的结合, 避免了基因的克隆、 蛋白的表达、纯化和保存等繁琐过程, 使整个无细胞蛋白芯片的制备过程快捷、迅速 和高效. 本文详细综述了无细胞蛋白质合成系统及其分类、无细胞表达系统在制备蛋 白质芯片方面的研究进展, 并探讨了无细胞蛋白质芯片在蛋白组学研究中的最新应用.     

无细胞蛋白质合成系统

无细胞蛋白质合成系统相比传统的细胞表达系统有许多优点,包括表达周期短、反应条件容易控制等。该文介绍了无细胞蛋白质合成系统的技术进展及表达控制,并综述了这一系统的应用发展。     

无细胞系统的基因表达与蛋白质合成

无细胞翻译——利用细胞提取液在体外合成蛋白质,已是国外分子生物学实验室的一项常规技术,但在国内此项技术的利用却几乎是空白.对体外无细胞系统的特性、功能、优缺点及其进展等进行了全面的介绍,以期使国内学者了解和利用这一方便而有效的表达系统,进行应用生物化学与分子生物学的实验研究.     

蛋白质芯片及其应用

人类基因组计划的实施和大量珍贵的功能基因组数据的获得,使得蛋白质的研究显得越发重要。蛋白质芯片技术的出现为我们提供了一种较传统的凝胶电泳技术更为方便和快速的研究方法。     

无细胞蛋白质合成系统的研究进展

无细胞蛋白质合成系统是一种以外源mRNA或DNA为模板 ,通过在细胞抽提物的酶系中补充底物和能源物质来合成蛋白质的体外系统 .与传统的体内重组表达系统相比 ,体外无细胞合成系统具有多种优点 ,如可表达对细胞有毒害作用或含有非天然氨基酸 (如D 氨基酸 )的特殊蛋白质 ,能够直接以PCR产物作为模板同时平行合成多种蛋白质 ,开展高通量药物筛选和蛋白质组学的研究等 .本文综述了无细胞蛋白质合成系统的发展历史、系统中合成蛋白质所需的能量供应、遗传模板的稳定性和微型无细胞生物反应器等多方面的研究 ,并探讨了无细胞蛋白质合成系统中存在的难点、研究方向和广泛的应用前景     

大肠杆菌细胞抽提物制备方案的简化与优化

无细胞蛋白表达系统是一种将目的蛋白在体外进行表达的新技术和新方法,已广泛应用到蛋白质组学、蛋白质结构和功能等领域的研究中。在无细胞蛋白表达系统中,细胞抽提物的制备是关键因素之一。通过对大肠杆菌细胞抽提物制备过程中离心速度、预孵化和透析等参数的考察,利用绿色荧光蛋白作为报告蛋白,可以得到一个细胞抽提物制备的简化方案。采用相对低的转速(12 000×g,10 min),简易空孵化即可制备出活性高的细胞抽提物,用于无细胞体系蛋白表达,其表达的绿色荧光蛋白产量为209μg/mL。与传统的大肠杆菌细胞抽提物S30相比较,新方案将使时间与成本节省62%,产量是传统方法的2.6倍,使无细胞蛋白表达技术的操作快速、高通量的优势更加明显。     

自组装蛋白质芯片——功能蛋白质组学的新工具

传统的蛋白质芯片制备需要进行繁琐的蛋白质表达与纯化。同时,由于蛋白质活性不稳定,蛋白质芯片不宜长期保存。新一代自组装蛋白质芯片,利用无细胞表达体系和DNA固定技术,能够将蛋白质即时、原位表达并固定在芯片上,有效地解决了传统蛋白质芯片的制备和保存问题。目前自组装蛋白质芯片已初步用于大规模蛋白-蛋白质相互作用的筛选,以及鉴定免疫优势抗原等研究。该文介绍了近年自组装蛋白质芯片技术的进展和应用研究。     

SELDI蛋白质芯片技术及其应用

随着人类基因组测序计划的完成,鉴定细胞内蛋白质表达、结构、功能及相互作用方式等成为后基因组时代的主要目标之一。为此,需要高通量的蛋白质组学研究的技术和方法。近年来出现的表面增强激光解吸／电离(surface—enhanced laser desorption／ionization,SELDI)蛋白质芯片技术是一种操作简单,方便快捷,样本需要量少,敏感性高,特异性强的高通量的研究蛋白组学的方法,在蛋白质功能分析、肿瘤标志物筛选、药物研发等方面具有广泛的应用前景。     

蛋白质芯片的制备及其在检测乙肝病毒中的应用

目的：建立一种用蛋白质芯片检测乙肝病毒抗原,抗体的新方法。方法：采用PVDF膜制备不同的蛋白质芯片,以辣根过氧化物酶标记抗全,结合酶联免疫反应,检测乙肝病毒素面抗原（HBsAg)。表面抗体（HBsAb),乙肝病毒e抗原（HBeAg),e抗体（HBeAb)。结果：所制备的蛋白质芯片可检没到微量乙肝病毒抗原,抗体的存在,其中HBsAg,HBsAb,HBeAg,HBeAb的最低可检测浓度分别为11μg/ml。4.8μg/ml,2.1μg/ml,18μg/ml,而且两种抗原或两种体间并城镇交叉反应,此法制备芯片需3.5h,而检测过程仅需20min,且结果直接可用肉眼观察。结论：将蛋白质芯片技术应用于乙肝病毒抗原,抗体的检测中,具有微量化,特异性强,快速灵敏,操作简便等优点,可望应用于临床乙肝“两对半”的检测中。     

Rapid Production of Virus Protein Microarray Using Protein Microarray Fabrication through Gene Synthesis (PAGES)

The high genetic variability of RNA viruses is a significant factor limiting the discovery of effective biomarkers, the development of vaccines, and characterizations of the immune response during infection. Protein microarrays have been shown to be a powerful method in biomarker discovery and the identification of novel protein–protein interaction networks, suggesting that this technique could also be very useful in studies of infectious RNA viruses. However, to date, the amount of genetic material required to produce protein arrays, as well as the time- and labor-intensive procedures typically needed, have limited their more widespread application. Here, we introduce a method, protein microarray fabrication through gene synthesis (PAGES), for the rapid and efficient construction of protein microarrays particularly for RNA viruses. Using dengue virus as an example, we first identify consensus sequences from 3,604 different strains and then fabricate complete proteomic microarrays that are unique for each consensus sequence. To demonstrate their applicability, we show that these microarrays can differentiate sera from patients infected by dengue virus, related pathogens, or from uninfected patients. We anticipate that the microarray and expression library constructed in this study will find immediate use in further studies of dengue virus and that, more generally, PAGES will become a widely applied method in the clinical characterization of RNA viruses.     

糖芯片的制备和检测应用研究进展

近数十年来,糖芯片逐渐成为分析糖介导的识别和结合作用的强有力工具,具有样品检测用量少、特异性强和高通量等优点,可以大大提高糖生物学研究的效率。主要介绍了通过糖库的构建、共价结合和非共价吸附法等方法制备糖芯片的过程,糖芯片的检测方法及其在生物学研究和生物医学领域的应用,以期为糖芯片相关研究提供参考。     

非细胞体系在细胞凋亡中的应用

随着科学技术的进步和发展,对细胞凋亡的研究也涌现出许多新的方法和技术,为凋亡的研究提供了有力的武器。本阐述了非细胞体系用于细胞凋亡研究的优越性,着重介绍非细胞凋亡体系的种类以及在细胞凋亡研究中的应用,同时总结了非细胞体系研究凋亡过程的各种检测方法。     

cDNA微阵列制作的优化

为了优化筛检cDNA微阵列中靶基因的最适长度、浓度及点样溶液的种类,设计持家基因betaactin和GAPDHRT PCR3对引物,产物长度在189～1078bp之间,以乙肝病毒DNA片段为阴性对照,扩增纯化后分别溶于3×SSC、50%DMSO及0.5mol/L碳酸盐缓冲液(pH=9.0)中,调整浓度分别为0.5μg/μL、1.0μg/μL和1.5μg/μL,比较上述不同条件的杂交结果。结果表明,杂交具有较好的特异性,阴性对照(乙肝病毒)和空白对照(点样溶液)均未见杂交信号;3种长度的同一靶基因杂交信号强度无明显差别(betaactinP=0.378;GAPDHP=0.866);3种点样溶液中以50%DMSO杂交信号最好,较强且均匀一致(P=0.0001),其余2种差异不显著(P=0.142);3种浓度靶基因杂交信号差异不显著(P=0.648),浓度高者信号略强。短片段靶基因(200bp左右)可获得与长片段靶基因(1000bp以上)一样较好的杂交信号,点样溶液以50%DMSO效果最好,靶基因浓度为0.5μg/μL时即可得到较好的杂交结果。     

cDNA微阵列制作的优化

为了优化筛检cDNA微阵列中靶基因的最适长度、浓度及点样溶液的种类,设计持家基因beta actin和GAPDH RT-PCR 3对引物,产物长度在189～1 078 bp之间,以乙肝病毒DNA片段为阴性对照,扩增纯化后分别溶于3×SSC、50%DMSO及0.5mol/L碳酸盐缓冲液（pH=9.0）中,调整浓度分别为0.5μg/μL、1.0μg/μL和1.5μg/μL,比较上述不同条件的杂交结果。结果表明,杂交具有较好的特异性,阴性对照（乙肝病毒）和空白对照（点样溶液）均未见杂交信号;3种长度的同一靶基因杂交信号强度无明显差别（beta actin P=0.378;GAPDH P=0.866）;3种点样溶液中以50%DMSO杂交信号最好,较强且均匀一致(P=0.0001),其余2种差异不显著(P=0.142);3种浓度靶基因杂交信号差异不显著(P=0.648),浓度高者信号略强。短片段靶基因（200 bp左右）可获得与长片段靶基因（1 000 bp以上）一样较好的杂交信号,点样溶液以50%DMSO效果最好,靶基因浓度为0.5μg/μL时即可得到较好的杂交结果。 Abstract:To optimize and screen the most suitable target gene length,concentration and printing solution in cDNA microarray,housekeeping genes,such as beta actin and GAPDH,were selected as targets and hepatitis B virus gene as negative control.The RT-PCR primers that spanned at least one intron and whose products were at between 189 bp and 1 078 bp were designed with primer premier 5.0,so did the hepatitis B virus gene PCR primer.After polymerase chain reaction,the products were purified with ethanol and dissolved in 3×SSC,50% DMSO and 0.5mol/L carbonate buffer（pH=9.0）respectively.The concentrations of target genes were adjusted at 0.5μg/μL,1.0μg/μL and 1.5μg/μL.The hybridization signals had a good specificity.No signal showed in either negative control (HBV) or blank control (printing solution only).There was no significant difference in target gene lengths.The P value of beta actin (189 bp,491 bp,974 bp) and GAPDH (227 bp,552 bp,1 078 bp) was 0.378 and 0.866 respectively.There was no significant difference among concentrations（P=0.648）,too.However,the higher the concentration was,the stronger the signals would be.Among the three kinds of printing solution,50% DMSO was the best（P=0.0001）,while the other two had no difference by multi-comparison(P=0.142).The target gene at length between 200 bp and 1 000 bp has got the same hybridization signals.50%DMSO printing solution and the target gene concentration of 0.5μg/μl are suitable for good hybridization.     

Cell-free synthesis and in situ isolation of recombinant proteins

We present a method for rapid expression and isolation of recombinant proteins. Cell-free protein synthesis in the presence of affinity beads enables in situ isolation of translation products, which simplifies the procedures for the preparation of purified protein samples. In the present study, we have made an attempt to carry out in situ isolation of histidine-tagged proteins by using Ni-NTA magnetic agarose beads. The presence of Ni-NTA beads gave no drastic effects on the efficiency of protein synthesis and successfully captured the synthesized proteins. Purified proteins were obtained after subsequent washing and elution steps. In particular, most of the endogenous bead-binding proteins were removed by pre-treating S30 extract with affinity beads and the purity of the target proteins was enhanced up to 95%. The methods described here will provide a basis for fast and convenient preparation of purified proteins from multiple genetic sequences.     

核糖体单链失活蛋白在无细胞体系中的活性

核糖体单链失活蛋白是一类广泛分布于植物中的蛋白质,它能使真核细胞核糖体60S亚基失活。本文报道了一些核糖体单链失活蛋白的制备、纯化以及在兔网织红细胞裂解液中对蛋白质生物合成的抑制活性及它们对完整细胞的毒性。其中多数的核糖体单链失活蛋白是首次被分离纯化并对其毒性进行研究的。     

基于凝集素芯片的不同转移潜能肝癌细胞膜蛋白糖谱比较

评估采用凝集素芯片技术寻找肝癌细胞表面侵袭和转移相关特征性糖谱的适用性．首先选取一对模式细胞株(中华仓鼠卵巢细胞CHO和其N-乙酰葡萄糖胺转移酶Ⅰ缺陷株Lec1)验证凝集素芯片系统的可靠性．然后通过凝集素芯片比较正常肝细胞L02、非转移肝癌细胞Hep3B、高转移肝癌细胞HCCLM3的细胞表面糖谱,同时采用细胞凝集素组织化学的方法验证芯片结果．细胞Hep3B和L02相比,对凝集素PHA-L、ConA、AAL、MPL的亲和作用增强而对凝集素WGA的亲和作用减弱,提示在肝癌细胞表面可能出现了增多的复杂寡糖分支、高甘露糖、末端岩藻糖、黏蛋白T抗原和减少的N-乙酰葡萄糖胺和/或多价唾液酸结构．细胞HCCLM3和Hep3B相比,对凝集素LCA、MAL-Ⅰ、MAL-Ⅱ、WGA、PHA-E的亲和作用增强而对凝集素RCA-I的亲和作用减弱,提示在高转移肝癌细胞HCCLM3的表面可能出现了增多的核心岩藻糖、唾液酸(主要是α2-3链接方式)、N-乙酰葡萄糖胺、平分型GlcNAc结构以及减少的末端β1-4链接半乳糖结构．细胞凝集素组织化学的结果支持芯片结果．研究证明,凝集素芯片技术是解析生物学进程中糖谱改变的适用工具．