一、GST pull-down实验
GST pull-down实验是一个行之有效的验证酵母双杂交系统的体外试验技术,近年来越来越受到广大学者的青睐。
其基本原理是将靶蛋白-GST(Glutathione-S-transferase谷胱苷肽巯基转移酶)融合蛋白亲和固化在谷胱甘肽标记的磁珠上,作为与目的蛋白亲和的支撑物,充当一种“诱饵蛋白”,目的蛋白溶液与之孵育,可从中捕获与之相互作用的“捕获蛋白”(目的蛋白),洗脱结合物后通过SDS-PAGE电泳分析,从而证实两种蛋白间的相互作用或筛选相应的目的蛋白,“诱饵蛋白”和“捕获蛋白”均可通过细胞裂解物、纯化的蛋白、表达系统以及体外转录翻译系统等方法获得。此方法简单易行,操作方便。
GST:谷胱甘肽巯基转移酶(glutathione S-transferase)
二、足迹法(Footprinting)
足迹法,又称足印法(footprinting)是一种用来测定DNA-蛋白质专一性结合部位及DNA具体序列的方法。
用于检测与特定蛋白质结合 的DNA序列的部位,可展示蛋白质因子同特定DNA片段之间的结合区域。其原理为:DNA和蛋白质结合以后便不会被DNase分解,在测序时便出现空白区(即蛋白质结合区),从而了解与蛋白质结合部位的核苷酸对数目。再用酶移除蛋白质,又可测出结合处的DNA序列。
全称为DNA footprinting ,又称DNA足迹法或DNA足纹技术,能鉴定启动子区域特殊位点的功能。
三、染色质免疫共沉淀技术(Chromatin Immunoprecipitationassay,ChIP)
染色质免疫共沉淀技术的原理是在活细胞状态下固定蛋白质-DNA复合物,并将其随机切断为一定长度范围内的染色质小片段,然后通过免疫学方法沉淀此复合体,特异性地富集目的蛋白结合的DNA片段,通过对目的片断的纯化与检测,从而获得蛋白质与DNA相互作用的信息。
这项技术通过蛋白质与DNA互作来分析目标基因活性以及已知蛋白质的靶基因,被广泛应用于体内转录调控因子与靶基因启动子上特异核苷酸序列结合方面的研究。该技术常与DNA芯片和分子克隆技术相结合。
四、 DNA 芯片技术
DNA芯片又叫做基因芯片(gene chip)或基因微阵列(microarray),寡核酸芯片,或DNA微阵列,它是通过微阵列技术将高密度DNA片段阵列以一定的排列方式使其附着在玻璃、尼龙等材料上面。由于常用计算机硅芯片作为固相支持物,所以称为DNA芯片。
DNA芯片技术就是指在固相支持物上原位合成寡核苷酸或者直接将大量的DNA探针以显微打印的方式有序地固化于支持物表面,然后与标记的样品杂交,通过对杂交信号的检测分析,即可获得样品的遗传信息。是伴随“人类基因组计划”的研究进展而快速发展起来的一门高新技术。
通俗地说,基因芯片是通过微加工技术,将数以万计、乃至百万计的特定序列的DNA片段(基因探针)有规律地排列固定于2c㎡的硅片、玻片等支持物上,构成一个二维的DNA探针阵列,与电子计算机上的电子芯片十分相似所以被称为基因芯片。

五、高效液相色谱(HPLC)
高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography \ HPLC)又称“高压液相色谱”、“高速液相色谱”、“高分离度液相色谱”、“近代柱色谱”等。高效液相色谱是色谱法的一个重要分支,以液体为流动相,采用高压输液系统,将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱,在柱内各成分被分离后,进入检测器进行检测,从而实现对试样的分析。该方法已成为化学、医学、工业、农学、商检和法检等学科领域中重要的分离分析技术应用 。
高效液相色谱法有“四高一广”的特点:
①高压:流动相为液体,流经色谱柱时,受到的阻力较大,为了能迅速通过色谱柱,必须对载液加高压。
②高速:分析速度快、载液流速快,较经典液体色谱法速度快得多,通常分析一个样品在15~30分钟,有些样品甚至在5分钟内即可完成,一般小于1小时。
③高效:分离效能高。可选择固定相和流动相以达到最佳分离效果,比工业精馏塔和气相色谱的分离效能高出许多倍。
④高灵敏度:紫外检测器可达0.01ng,进样量在μL数量级。
⑤应用范围广:百分之七十以上的有机化合物可用高效液相色谱分析,特别是高沸点、大分子、强极性、热稳定性差化合物的分离分析,显示出优势。
⑥柱子可反复使用:用一根柱子可分离不同化合物
⑦样品量少、容易回收:样品经过色谱柱后不被破坏,可以收集单一组分或做制备。
此外高效液相色谱还有色谱柱可反复使用、样品不被破坏、易回收等优点,但也有缺点,与气相色谱相比各有所长,相互补充。高效液相色谱的缺点是有“柱外效应”。在从进样到检测器之间,除了柱子以外的任何死空间(进样器、柱接头、连接管和检测池等)中,如果流动相的流型有变化,被分离物质的任何扩散和滞留都会显著地导致色谱峰的加宽,柱效率降低。高效液相色谱检测器的灵敏度不及气相色谱。
六、酵母双杂交系统(Y2H)
酵母双杂交系统是将待研究的两种蛋白质分别克隆(融合)到酵母表达质粒的转录激活因子(如GAL4等)的DNA结合结构域(DNA-BD)和转录激活域(AD)上,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。
酵母双杂交系统(Yeast two-hybrid system)的建立是基于对真核生物调控转录起始过程的认识。细胞起始基因转录需要有反式转录激活因子的参与。反式转录激活因子,例如酵母转录因子 GAL4在结构上是组件式的(modular),往往由两个或两个以上结构上可以分开,功能上相互独立的结构域(domain)构成,其中有DNA结合功能域(DNA binding domain,DNA-BD)和转录激活结构域(activation domain,DNA-AD)。这两个结合域将它们分开时仍分别具有功能,但不能激活转录,只有当被分开的两者通过适当的途径在空间上较为接近时,才能重新呈现完整的GAL4转录因子活性,并可激活上游激活序列(upstream activating sequence,UAS)的下游启动子,使启动子下游基因得到转录。
双杂交系统的建立得力于对真核生物调控转录起始过程的认识。细胞起始基因转录需要有反式转录激活因子的参与。80年代的工作表明, 转录激活因子在结构上是组件式的(modular), 即这些因子往往由两个或两个以上相互独立的结构域构成,其中有DNA结合结构域(DNA binding domain,简称为BD)和转录激活结构域(activation domain,简称为AD),它们是转录激活因子发挥功能所必需的。单独的BD虽然能和启动子结合,但是不能激活转录。而不同转录激活因子的BD和AD形成的杂合蛋白仍然具有正常的激活转录的功能。如酵母细胞的Gal4蛋白的BD与大肠杆菌的一个酸性激活结构域B42融合得到的杂合蛋白仍然可结合到Gal4结合位点并激活转录。
在酵母双杂交系统中,“诱饵”蛋白X克隆至DNA-BD载体中,表达DNA-BD/X融合蛋白;待测试蛋白Y克隆至AD载体中,表达AD/Y融合蛋白。一旦X与Y蛋白间有相互作用,则DNA-BD和AD也随之被牵拉靠近,恢复行使功能,激活报告重组体中LacZ和HIS3基因的表达
七、噬菌体展示技术
噬菌体展示技术(phage display technology)是将外源蛋白或多肽的DNA序列插入到噬菌体外壳蛋白结构基因的适当位置,使外源基因随外壳蛋白的表达而表达,同时,外源蛋白随噬菌体的重新组装而展示到噬菌体表面的生物技术。
到2017年为止,人们已开发出了单链丝状噬菌体展示系统、λ噬菌体展示系统、T4噬菌体展示系统等数种噬菌体展示系统。
噬菌体展示技术是将多肽或蛋白质的编码基因或目的基因片段克隆入噬菌体外壳蛋白结构基因的适当位置,在阅读框正确且不影响其他外壳蛋白正常功能的情况下,使外源多肽或蛋白与外壳蛋白融合表达,融合蛋白随子代噬菌体的重新组装而展示在噬菌体表面。被展示的多肽或蛋白可以保持相对独立的空间结构和生物活性,以利于靶分子的识别和结合。肽库与固相上的靶蛋白分子经过一定时间孵育后,洗去未结合的游离噬菌体,然后以竞争受体或酸洗脱下与靶分子结合吸附的噬菌体,洗脱的噬菌体感染宿主细胞后经繁殖扩增,进行下一轮洗脱,经过3轮~5轮的“吸附-洗脱-扩增”后,与靶分子特异结合的噬菌体得到高度富集。所得的噬菌体制剂可用来做进一步富集有期望结合特性的目标噬菌体。
八、RNA提取(Trizol法)
TRIZOL是一种新型总RNA抽提试剂,可以直接从细胞或组织中提取总RNA。其含有苯酚、异硫氰酸胍等物质,能迅速破碎细胞并抑制细胞释放出的核酸酶。TRIZOL的主要成分是苯酚。TRIZOL在破碎和溶解细胞时能保持RNA的完整性,因此对纯化RNA及标准化RNA的生产十分有用。

TRIZOL的主要成分是苯酚。苯酚的主要作用是裂解细胞,使细胞中的蛋白,核酸物质解聚得到释放。苯酚虽可有效地变性蛋白质,但不能完全抑制RNA酶活性,因此TRIzol中还加入了8-羟基喹啉、异硫氰酸胍、β-巯基乙醇等来抑制内源和外源RNase(RNA酶)。
TRIZOL是从细胞和组织中提取总RNA的即用型试剂,在样品裂解或匀浆过程中,TRIZOL能保持RNA完整性。加入氯仿后,溶液分为水相和有机相,RNA在水相中。取出水相,用异丙醇可沉淀回收RNA。
※0.1%的8-羟基喹啉可以抑制RNase,与氯仿联合使用可增强抑制作用。
※异硫氰酸胍属于解偶剂,是一类强力的蛋白质变性剂,可溶解蛋白质并使蛋白质二级结构消失,导致细胞结构降解,核蛋白迅速与核酸分离。
※β-巯基乙醇的主要作用是破坏RNase蛋白质中的二硫键。
九、RT-PCR
逆转录PCR(reverse transcription PCR)或者称反转录PCR(reverse transcription-PCR, RT-PCR),是聚合酶链式反应(PCR)的一种广泛应用的变形。在RT-PCR中,一条RNA链被逆转录成为互补DNA,再以此为模板通过PCR进行DNA扩增。
由一条RNA单链转录为互补DNA(cDNA)称作“逆转录”,由依赖RNA的DNA聚合酶(逆转录酶)来完成。随后,DNA的另一条链通过脱氧核苷酸引物和依赖DNA的DNA聚合酶完成,随每个循环倍增,即通常的PCR。原先的RNA模板被RNA酶H降解,留下互补DNA。
RT-PCR的指数扩增是一种很灵敏的技术,可以检测很低拷贝数的RNA。RT-PCR广泛应用于遗传病的诊断,并且可以用于定量监测某种RNA的含量。检测基因表达的方法,参见Northern Blot法。
RT-PCR的关键步骤是在RNA的反转录,要求RNA模版为完整的且不含DNA、蛋白质等杂质。常用的反转录酶有两种,即鸟类成髓细胞性白细胞病毒(avian myeloblastosis virus,AMV)反转录酶和莫罗尼鼠类白血病病毒(moloney murine leukemia virus,MMLV)反转录酶。
在完成逆转录过程之后,通过PCR进行定量分析的时候,随着技术的发展,real-time PCR(实时荧光PCR)或ddPCR(数字PCR)技术也被用来做定量分析,它们比普通PCR进行定量分析时灵敏度更高,定量更精确。
十、实时荧光定量PCR(Q—PCR)(Real-time Quantitative PCR )
实时荧光定量PCR (Quantitative Real-time PCR)是一种在DNA扩增反应中,以荧光化学物质测每次聚合酶链式反应(PCR)循环后产物总量的方法。通过内参或者外参法对待测样品中的特定DNA序列进行定量分析的方法。
Real-timePCR是在PCR扩增过程中,通过荧光信号,对PCR进程进行实时检测。由于在PCR扩增的指数时期,模板的Ct值和该模板的起始拷贝数存在线性关系,所以成为定量的依据。
所谓实时荧光定量PCR技术,是指在PCR反应体系中加入荧光基团,利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的方法。
技术原理
将标记有荧光素的Taqman探针与模板DNA混合后,完成高温变性,低温复性,适温延伸的热循环,并遵守聚合酶链反应规律,与模板DNA互补配对的Taqman探针被切断,荧光素游离于反应体系中,在特定光激发下发出荧光,随着循环次数的增加,被扩增的目的基因片段呈指数规律增长,通过实时检测与之对应的随扩增而变化荧光信号强度,求得Ct值,同时利用数个已知模板浓度的标准品作对照,即可得出待测标本目的基因的拷贝数。
Ct 值
Ct值(Cycle threshold,循环阈值)的含义为:每个反应管内的荧光信号到达设定阈值时所经历的循环数

1. 荧光阈值(threshold)的设定
PCR反应的前15个循环的荧光信号作为荧光本底信号,荧光阈值的缺省(默认)设置是3-15个循环的荧光信号的标准偏差的10倍,即:threshold = 10*SDcycle 3-15
2. Ct值与起始模板的关系
每个模板的Ct值与该模板的起始拷贝数的对数存在线性关系,公式如下。
Ct=-1/lg(1+Ex)*lgX0+lgN/lg(1+Ex)
n为扩增反应的循环次数,X0为初始模板量,Ex为扩增效率,N为荧光扩增信号达到阈值强度时扩增产物的量。
起始拷贝数越多,Ct值越小。利用已知起始拷贝数的标准品可作出标准曲线,其中横坐标代表起始拷贝数的对数,纵坐标代Ct值。因此,只要获得未知样品的Ct值,即可从标准曲线上计算出该样品的起始拷贝数。
荧光化学物质
实时荧光定量PCR所使用的荧光物质可分为两种:荧光探针和荧光染料。现将其原理简述如下:
1. TaqMan荧光探针:PCR扩增时在加入一对引物的同时加入一个特异性的荧光探针,该探针为一寡核苷酸,两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时,报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收;PCR扩增时,Taq酶的5'-3'外切酶活性将探针酶切降解,使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离,从而荧光监测系统可接收到荧光信号,即每扩增一条DNA链,就有一个荧光分子形成,实现了荧光信号的累积与PCR产物形成完全同步。而新型TaqMan-MGB探针使该技术既可进行基因定量分析,又可分析基因突变(SNP),有望成为基因诊断和个体化用药分析的首选技术平台。
2. SYBR荧光染料:在PCR反应体系中,加入过量SYBR荧光染料,SYBR荧光染料非特异性地掺入DNA双链后,发射荧光信号,而不掺入链中的SYBR染料分子不会发射任何荧光信号,从而保证荧光信号的增加与PCR产物的增加完全同步。SYBR仅与双链DNA进行结合,因此可以通过溶解曲线,确定PCR反应是否特异。
3. 分子信标:是一种在5和3末端自身形成一个8个碱基左右的发夹结构的茎环双标记寡核苷酸探针,两端的核酸序列互补配对,导致荧光基团与淬灭基团紧紧靠近,不会产生荧光。PCR产物生成后,退火过程中,分子信标中间部分与特定DNA序列配对,荧光基因与淬灭基因分离产生荧光 。
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