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1、第32卷分析化学(FENXIHUAXUE) 评述与进展第2期2004年2月ChineseJournalofAnalyticalChemistry244～247评述与进展蛋白质芯片及其分析应用新进展3梁建功 何治柯(武汉大学化学与分子科学学院,武汉430072)摘 要 蛋白质芯片是一种快速、高效、高通量的蛋白质组研究新技术。目前,它已成为人们研究的热点之一。本文就近年来蛋白质芯片及其分析应用新进展做一简要的评述。关键词 蛋白质芯片,蛋白质阵列,蛋白质微阵列,检测,评述1 引 言随着人类基因组计划(HGP)的顺利完成及后基因时
2、代的到来,蛋白质组的研究已经成为生命科学1的一个重要领域。蛋白质组传统的研究方法有:二维凝胶电泳(2DE)和酵母双杂交技术等。但这些2方法往往操作烦琐,所需时间较长,结果具有不确定性,且所需费用较高。因而,人们发展了一种快速、高效、高通量的蛋白质组研究新技术———蛋白质芯片。蛋白质芯片又称蛋白质阵列或蛋白质微阵列,它是将大量的蛋白质、蛋白质检测试剂或检测探针以预先设计的方式固定在玻片、硅片及纤维膜等固定载体上组成密集的阵列,能够高通量地测定蛋白质的3～7生物活性,蛋白质与大分子和小分子的相互作用,或者用于高通量定性和定量检测
3、蛋白质。近年来,蛋白质芯片已成为人们研究的热点之一。本文就近年来蛋白质芯片及其相关检测技术的研究进展做一简要评述。2 蛋白质芯片的分类8蛋白质芯片,主要有3种分类方法:(1)CiphergenBiosystems公司提出将蛋白质芯片分为化学芯片和生物芯片。化学型蛋白质芯片的构想来源于经典色谱法(反相层析、离子交换层析、金属螯合层析等)。铺有相关介质的蛋白质芯片可以通过介质的疏水力、静电力、共价键等结合样品中的蛋白质,用洗脱液去除杂质蛋白质,而保留感兴趣的蛋白质。生物型蛋白质芯片则是将生物活性分子(如:抗体、抗2,9原、受体或
4、配体等)结合到芯片表面,用于捕获靶蛋白;(2)根据载体的不同,将蛋白质芯片分为普通玻璃载体芯片(plain2glassslide)、多孔凝胶覆盖芯片(porousgelpadchip)及微孔芯片(microwellchip);(3)10Kodadek提出将蛋白质芯片分为蛋白质功能芯片和蛋白质检测芯片。蛋白质功能芯片是在一特定模板上固定成千上万个蛋白质分子,用于蛋白质功能的研究;而蛋白质检测芯片则含有蛋白质检测试剂,用于蛋白质的定性、定量测定。3 蛋白质芯片的制备3.1 蛋白质功能芯片的制备在蛋白质功能芯片的制备中,纤维膜(如
5、:硝酸纤维、尼龙、聚偏二氟乙烯等)和经过修饰的玻璃表面11是较为理想的芯片表面。Macbeath和Schreiber将载玻片表面用羰基硅烷化试剂处理后,用机器人将含40%甘油的纳升级蛋白质样品点在载玻片上,形成直径约150～200μm高密排列的蛋白质阵列(16002点/cm),最后用牛血清蛋白(BAS)进行封闭,降低膜上背景。在研究多肽和小分子蛋白样品时,他们首2002206207收稿;2003202218接受本文系国家自然科学基金资助项目(No.20275028)第2期梁建功等:蛋白质芯片及其分析应用新进展245先在羰基硅
6、烷化试剂处理的玻片上覆盖一层BAS,再将多肽和小分子蛋白样品固定。这一方法的成功之处在于:它引进了机器人和普通商品化玻片,还成功地解决了固体表面蛋白质的活性问题。但是,由于该方法需提纯大量的蛋白质,因而利用该方法制备高通量的蛋白质芯片是困难的,而且,蛋白质在载1213玻片上的稳定时间也是有限的。Zhu等制备了一种约含80%酵母蛋白的蛋白质组微阵列,先制备了一个含5800酵母可译框(ORFs)的高定性阵列(占全部的95%),使用重组克隆技术将其克隆进入一个酵母高复制表达载体,再应用诱导GAL1启动子将酵母蛋白质表达在酵母上,蛋
7、白质的氨基末端用GST2HisX6固定。表达在酵母上的主要目的是使蛋白质正确的修饰和折叠。使用96孔板可将来自酵母谷胱氨酸2琼脂提取物的1152个样品提纯,随机取出60个样品进行免疫印迹分析,80%以上的蛋白质可被检测。这项技术在一定程度上解决了蛋白质的提纯问题,然而对保持蛋白质的活性问题仍未很好地解决。3.2 蛋白质检测芯片的制备理想蛋白质检测芯片应该含有大量、高亲和性的、专一的蛋白质检测试剂,每种试剂检测一种特定的1415蛋白质。目前人们在蛋白质检测芯片中研究较多的是抗体芯片。Huang等在一个6cm×8cm的模板上用计
8、算机印刷了504个点(18×28),用于指导膜上点样。他们用2μL的吸管人工点样,每个样点0125μL。首先将辣根过氧化酶点在膜上作为检测向导,再将蛋白质、抗体、抗原点在膜上,最后,将膜浸入感兴趣的蛋白质、抗体或抗原中,实现对蛋白质、抗体或抗原的高通量检测。他们还评价了不同膜制备蛋白质芯片
