Western Blot实验的进化:从管家蛋白到总蛋白归一化

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Western Blot实验的进化:从管家蛋白到总蛋白归一化

2023-10-24 13:35| 来源: 网络整理| 查看: 265

Western Blot实验的进化:从管家蛋白到总蛋白归一化

 

自1979年首次发表以来,Western Blot(WB)实验一直是测定复杂生物样品中蛋白质相对表达的一项关键技术。随着实验技术的发展和技术的进步,文章发表越来越注重标准化和数据的可重复性。归一化是WB实验中重要的内部控制过程,通过简单的数学运算,降低泳道之间和样品之间难以避免的上样差异。通常WB实验的内参为不受实验影响的内源性蛋白。将内参蛋白作为上样浓度的指标。

大部分WB实验都使用管家蛋白(Housekeeping proteins)作为内参蛋白,通常使用的管家蛋白为:肌动蛋白(如:β-actin),微管蛋白(如:α-tubulin),3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)。通常,这些管家蛋白在细胞和组织中高度表达,但是管家蛋白在实验中也经常受到病理条件和实验条件的影响。例如,细胞汇合度(Cell Confluence),上样蛋白总量和细胞/组织类型都有可能影响看家蛋白的表达水平。例如,NIH3T3成纤维细胞中细胞汇合度从10%增加到100%的过程中(细胞瓶长满的过程),α-tubulin和GAPDH表达明显增加。WB实验在较大的总蛋白量上样量条件下,β-actin的一抗会无法检测蛋白含量变化。不同的研究如果使用的看家蛋白不一致,很难进行相互之间的比较,数据分析和解释也会不准确。如果研究人员希望使用看家蛋白作为归一化方式,还需要验证这个看家蛋白不受实验条件的影响。因此一种不受实验条件影响的,统一的归一化方法显得非常有必要。

总蛋白归一化(Total protein normalization)是目前最可靠的WB实验蛋白归一化方法。总蛋白归一化在灵敏度,可重复性方面均优于看家蛋白实验方式,研究者需要荧光成像系统和荧光染料标记的二抗,就可以进行总蛋白归一化精确定量上样蛋白。一般来说,总蛋白归一化适合高表达量和低表达量的目的蛋白检测,常见的看家蛋白仅仅适合高表达量的目的蛋白检测。如果一定要使用看家蛋白进行WB实验,现在的期刊要求研究者:1)测定看家蛋白和目的蛋白的线性范围,2)在不同的实验条件下证明看家蛋白不受到实验条件影响,3)补充信息验证一抗的特异性,或者建议至少使用两种看家蛋白,一种表达量高,一种表达量低,作为内参进行归一化。由于实验课题通常包含多个目的蛋白的检测,多次重复看家蛋白的标准曲线会增加相当大的工作量,因此使用蛋白归一化可以减少工作量,节约研究者宝贵的时间。

图1. 证实了β-actin和β-tubulin在病理组织中表达改变。 SMA脊髓提取物中检测肌动蛋白和微管蛋白。 A.绿色(42 kDa)的β-actin条带与总蛋白染色的凝胶(红色)重叠。 B.以总蛋白染色的凝胶(红色)覆盖绿色(60 kDa)的β-tubulin条带。 C.当比较SMA小鼠(SMA)与野生型对照(WT)时,β-actin(黑色条)和β-tubulin(灰色条)的表达水平的百分比变化的定量结果。 总蛋白染色(白条)用作对照。

 

很多文章将总蛋白归一化与常见的看家蛋白进行比较,证明了在定量WB实验中,相同的上样量条件下,常见的看家蛋白会在组织中差异表达。例如,在脊髓性肌萎缩症小鼠模型中,与健康野生小鼠相比,疾病组β-actin和β-tubulin在脊髓组织中的表达量都会减少,β-actin表达降低了19.3±2%,β-tubulin表达降低了7.3±0.5%。如果使用了β-actin作为WB实验的看家蛋白作为内参,WB的定量实验数据结果可能偏离了20%。看家蛋白作为上样内参(Loading control)的时候,线性范围非常窄,极大的限制了研究者的实验设计,难以满足WB实验的定量需求。

 

图3. 蛋白质稀释系列的定量显示β-actin(黑色圆圈)和β-tubulin(空心三角形)的线性范围。 β-tubulin的线性范围 3 logs)内呈线性,可实现可靠的定量灵活— AzureRed可与荧光标记的抗体以及化学发光检测系统一起使用

 

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