重组蛋白的亲和力测定是评估两个分子(如抗原与抗体、受体与配体)之间结合强度的关键实验。目前主流的测定方法主要可以分为两大类:传统的标准化方法(如ELISA、SPR、BLI)和适用于复杂体系的前沿新方法(如PELSA、MST)。
下面是各类主流重组蛋白亲和力测定方法的详细解析:
传统标准化方法
1. 酶联免疫吸附试验(ELISA)
原理:利用抗原抗体特异性结合的原理,通过酶催化底物显色,绘制剂量效应曲线(通常为反向S形)来定性或半定量分析亲和力。
适用场景:适用于靶标分子可溶的重组蛋白,是实验室基础、z普及的亲和力初筛手段。
优缺点:操作简单、成本低、通量高;但通常只能提供半定量的亲和力数据,无法像SPR那样提供精确的动力学参数(如结合速率Kon和解离速率Koff)。
2. 表面等离子体共振技术(SPR)
原理:将一种分子(配体)固定在传感器芯片表面,当另一种分子(分析物)流过芯片表面并与配体结合时,会引起芯片表面折射率的变化,从而实时监测结合和解离的全过程。
适用场景:适用于可溶性重组蛋白,特别是低亲和力蛋白的测定。广泛用于药物筛选、动力学参数(Kon, Koff, KD)的精确获取。
优缺点:能提供精准的实时动力学数据,无需标记;但对样品纯度要求较高,且仪器和芯片成本昂贵,基线容易受环境和缓冲液影响(如出现基线漂移)。
3. 生物膜干涉技术(BLI)
原理:与SPR类似,但它是通过光纤生物传感器尖端的光学干涉信号变化来检测分子结合。将生物素化的配体固化在传感器表面,实时监测分析物结合导致的光学层厚度变化。
适用场景:适用于需要高通量筛选的场景(如96或384孔板格式),常用于抗体药物的亲和力评估和竞争性抑制分析。
优缺点:免标记、实时监测、样品消耗量极低(微升级),且操作比SPR更简便,支持自动化运行;但同样需要高纯度的重组蛋白样品。
复杂体系与前沿新方法
1. 以肽段为中心的局部稳定性探测(PELSA)
原理:利用蛋白质在结合配体后局部稳定性会发生变化的特性。通过在复杂体系(如细胞裂解液)中利用胰蛋白酶进行特异性酶切,将蛋白质区域稳定性变化转化为可被质谱精准定量的肽段信号,从而高灵敏度地鉴定配体结合蛋白、结合位点并测定局部亲和力。
适用场景:适用于靶标分子表达纯化困难、需要在接近生理状态(如细胞裂解液等复杂样品)下进行测定的重组蛋白。
优缺点:无需对配体进行化学修饰,不依赖亲和力大小,能直接在复杂体系中高分辨率地定位结合位点;但实验流程相对复杂,需要高分辨质谱和配套的数据分析软件(如PELSA-Decipher)支持。
2. 微量热泳动技术(MST)
原理:利用红外激光在溶液中建立微观温度梯度场,通过荧光标记追踪分子在温度梯度中的定向迁移(热泳动)行为。分子结合后,其水化层、电荷或大小发生变化,导致热泳动迁移率改变,从而计算出平衡解离常数(Kd)。
适用场景:非常适合难纯化蛋白(如膜蛋白)、大分子复合物,甚至可以直接在细胞裂解液、血清等复杂缓冲液中测定亲和力。
优缺点:样品消耗量极少,无需固定,可在任意缓冲液(包括含去垢剂的溶液)中测试;但通常需要对其中一种分子进行荧光标记(或利用蛋白自身色氨酸荧光)。
3. 微流控扩散测量技术(MDS)
原理:利用微流控芯片,通过监测荧光标记蛋白在层流中的扩散行为来测定分子大小。当标记蛋白与结合伙伴相互作用形成复合物时,其流体动力学半径(Rh)会变大,扩散速度变慢,从而计算出结合亲和力(KD)。
适用场景:适用于在生理相关条件(如未稀释血清、细胞裂解液)下分析复杂靶标(如多蛋白复合物、本质无序蛋白质)的相互作用。
优缺点:无标记直接测量(指结合伙伴无需标记)、快速高效(约25分钟可测定24个数据点)、样品消耗极少;但需要其中一种蛋白进行荧光标记。
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