用斜入射光反射差法无标记研究蛋白相互作用的动力学过程

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蛋白质作为一种重要的生物大分子,蛋白质结构和功能的研究对生命科学的基础研究、医疗诊断以及药物筛选与研发等都具有非常重要的意义。生物芯片技术的出现,使大量蛋白质复杂相互作用的并行和高通量检测与研究成为可能。此外,蛋白质组学的出现,大大促进了蛋白质结构、功能及其相互作用研究的进展。到目前为止,研究生物分子及其相互作用还是荧光和同位素等标记方法占主导地位。随着研究工作的深入,标记检测技术的不足逐渐显露出来,一方面,标记物分子的引入有可能改变生物分子的结构与活性;另一方面,标记法难以检测生物分子之间相互作用的动态过程。因此,无标记高通量检测技术和方法的研发已成为目前生命科学领域的一个急需。  本论文依据生命科学的需求,具体选取生物学中感兴趣的单克隆抗体和蛋白酶K两类蛋白质作为主要研究对象,探索用斜入射光反射差法(Oblique IncidenceReflectivity Difference,OIRD)无标记高通量研究蛋白质相互作用的动力学特性。研究结果表明OIRD方法可检测标记法难以检测的生物分子结合和解离相互作用的动态过程,有可能解决标记法难以解决的生命科学中的一些难题。主要取得了以下具有创新性的研究结果:  1、首次用OIRD方法无标记研究了蛋白酶K降解蛋白的动力学过程。  用OIRD方法无标记检测了蛋白酶K降解1L-10、SCGB2A2、CENPQ、GST、HK1和KLHL7六种蛋白质的全过程。蛋白降解的动力学过程表明不同种类蛋白的降解速率有所不同。其中五种蛋白的降解曲线都接近指数降解形式,但被降解到最终平衡状态所需要的时间很不相同。  蛋白酶K降解五种不同浓度1L-10蛋白的动力学过程表明,不同浓度1L-10蛋白被降解达到平衡状态所需要的时间均为600秒,说明蛋白酶K降解蛋白的时间与蛋白的点样浓度无关。  2、用OIRD方法无标记研究了单克隆抗体的动力学特性,证明了用OIRD方法无标记高通量和实时检测蛋白质相互作用动态过程的可行性。  选用9种抗原以及相对应的9种单克隆抗体,采用混合单克隆抗体的方式对9种抗原的结合和解离曲线进行了检测,得到了三种混合单克隆抗体浓度所对应的动力学曲线以及每一对抗原-单克隆抗体的动力学常数。  通过对TSC22D4,ZNF18和NRF1三种抗原与所对应抗体的结合和解离动态过程的检测,得到它们的亲和力常数KD的值分别为:50.02±12.45nM,5.51±1.69nM和3.15±1.24nM。  在测定50种单克隆抗体结合动力学常数(Kon)和解离常数(Koff)的基础上,得到了50种单克隆抗体的亲和力常数KD,证明了OIRD方法在动力学常数测量方面的高通量特性。  通过不同抗原与其相对应的多种单克隆抗体反应动态过程的检测与分析,对抗原进行了抗原决定簇表征,根据是否识别同一个抗原决定簇对单克隆抗体进行了分类,并对识别同一个抗原决定簇的单抗亲和力大小进行了排序。  3、用OIRD检测蛋白质-DNA相互作用的动态过程,证明了用OIRD无标记研究蛋白质-DNA相互作用动态过程的可行性。  在氨基基片上点制了DNA序列微阵列,用已知与甲基化修饰后DNA序列特异性反应的MBD2b蛋白,验证了OIRD系统用于蛋白质-DNA相互作用动态过程检测的可行性。通过对反应动态过程的检测,得到mM203,mM213,mM197与MBD2b蛋白作用的动力学常数KD分别为:125±8nM,97±6nM,197±61 nM; ZMYM3,TFAP2A,KLF4与特定甲基化修饰后DNA序列的动力学常数KD分别为:460±70nM,399±151nM,479±79nM。
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