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新虫 (小有名气)

[交流] 蛋白-蛋白互作验证,实验思路梳理

做分子、细胞、机制研究的小伙伴,大概率逃不开一个核心课题:两个蛋白到底有没有相互作用?不管是基因机制挖掘、通路上下游验证,还是靶点互作筛选,蛋白-蛋白互作(PPI)都是最基础、最核心的机制论证逻辑。很多同学实验做多、数据一堆,却始终逻辑混乱:到底先做哪个实验?为什么要联合验证?怎样的数据才能被审稿人认可?今天这一篇推文,就来梳理一下蛋白互作验证的完整实验体系+层级思路。
01
蛋白互作的“四大核心问题”1.有没有结合?这是最基础的一步:你的两个目标蛋白,在细胞里到底能不能碰到一起、发生结合?2.在哪里结合?结合不是 “乱碰”,是有特定 “靶点” 的。找到两个蛋白互作的关键结构域或氨基酸位点,才能让你的研究从 “相关性” 走向 “机制性”。3.结合后发生了什么?两个蛋白结合,会改变彼此的命运:是稳定了对方、还是促进了降解?是改变了亚细胞定位、还是影响了翻译后修饰?这些都是互作带来的直接影响。4.最终影响了什么表型?所有分子层面的互作,最终都要落脚到细胞、动物乃至疾病的表型上。敲掉互作位点,通路还能不能激活?疾病的进展会不会被改变?这才是互作研究的意义。
02
蛋白互作研究实验基本思路第 1 步:寻找潜在的互作分子在没有明确候选蛋白时,我们需要先通过无偏向性的方法,找到和目标蛋白互作的分子。方法有:IP + 质谱(IP-MS)(最常用)、酵母双杂交(Y2H)、邻近生物素标记(BioID/APEX)这样子可以拿到一份潜在互作蛋白明细,为后续验证提供候选方向。需要注意的是这一步只是 “初筛”,质谱结果里有很多假阳性,必须经过后续实验严格验证,不能直接作为结论。
第 2 步:锁定靶点 —— 找到结合的关键位点
当我们证明了蛋白蛋白可以结合,下一步就要搞清楚 “它们到底是怎么结合的”。首先使用计算机模拟(分子对接)先通过蛋白结构数据库,用分子对接软件预测两个蛋白可能的结合界面,给出候选的关键氨基酸位点或结构域,为后续突变体构建提供方向。实验验证(突变体构建)根据预测的位点,构建关键结构域或氨基酸的突变体,再用 Co-IP 或 GST-pull down 验证:当这些位点突变后,两个蛋白还能不能结合?如果结合消失了,就证明我们找到了真正的互作位点;如果结合还在,说明预测的位点不对,需要重新分析或换思路。进行到这里我们究竟是把 “模糊的结合” 变成 “清晰的机制” 了,这是论文能上高分的重要加分项。

第 3 步:功能闭环 —— 从分子互作到疾病表型前面我们证实了两个蛋白可以互作,之后我们就需要回答这个互作,到底有什么用?1.蛋白本身的功能影响:两个蛋白结合后,会不会影响彼此的表达量、稳定性或翻译后修饰?比如结合后,其中一个蛋白被泛素化降解,或者被磷酸化激活?2.互作会影响下游通路的激活:比如两个蛋白结合后,某个通路的关键分子磷酸化水平发生变化?3.细胞层面的表型验证:敲低 / 过表达其中一个蛋白,或者突变互作位点后,细胞的增殖、凋亡、迁移等表型会不会改变?4.疾病层面的验证:在动物模型或临床样本中,验证这个互作是否真实存在,并且和疾病的发生发展相关。比如在肿瘤组织中,两个蛋白的结合水平是否比癌旁组织更高?等等......
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