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来源: 发布时间:2021/4/2 16:08:00


CRISPR / Cas9 HiBiT敲入:研究内源性蛋白质动力学的可扩展型方法


之前的文章中我们已经为大家介绍过关于HiBiT蛋白标签在病毒研究中的应用,而小体积的HiBiT,其功能可不止于此!


检测蛋白内源性表达

 监测受体内化

 定量蛋白丰度和监测蛋白降解

 监测印迹膜上的HiBiT标签蛋白 

......

今天我们就为大家带来其在内源性蛋白表达中的研究。



前言


蛋白检测的壁垒

对活细胞中蛋白功能的研究因为缺乏分析蛋白表达和相互作用的工具而受到限制。尽管质谱法和基于抗体的蛋白检测方法对于蛋白分析来说是极有价值的技术,但这两种方法各具缺陷,仅能用于特定靶点和在特定环境中进行蛋白研究。


一般来说,质谱法灵敏度较低不适用于检测低丰度蛋白。基于抗体的技术则需要高质量、特异性良好的抗体,但是这些抗体可能很难甚至无法获得。两种方法都需要进行细胞裂解,因此无法进行实时分析并降低了生理相关性,并且两种方法都无法实现高通量分析。虽然基于质粒的标记靶蛋白的过度表达可简化检测流程并可以进行实时分析,但蛋白水平通常情况下与内源性水平并不一致。过度表达实验还有可能产生实验假象或限制观察到的响应的动态范围。


HiBiT标签检测内源性蛋白

案例分析

2018年,Promega的研发科学家们在ACS Chemical Biology杂志上发表了一篇论文(详见文末更多资源)。该论文论证了使用CRISPR/Cas9将具有11个氨基酸的、生物发光的HiBiT标签直接整合至基因组中以作为便捷检测内源性蛋白的报告基因。该项技术提供了一种用于研究细胞蛋白动力学的高度定量的方法。该方法无需进行克隆、规避了常规方法的缺点,而且还兼具实时测量不断变化的蛋白动力学的能力。


虽然他们的发现表明该方法可对内源蛋白进行高效、特异性的标记,但该研究仅局限于两个细胞系中单个信号通路上的五种不同蛋白。关于这种方法是否可进行扩展、应用范围是否可以更广以及其是否可准确反映细胞的自然生物学机制仍然有待进一步研究。




最新一期的《Scientific Reports》以Promega研发科学家们的最新研究为特辑(详见文末更多资源)。该研究以前期论文为基础,对几种不同的细胞系中更为全面、更为多样的蛋白进行了HiBiT报告基因标签的CRISPR/Cas9敲入实验。研究人员选择了大小、亚细胞定位、生理功能以及转录表达水平各不相同的97个靶点(在四个细胞系中),研究中所有标记蛋白的向导RNA和供体DNA序列详见文末更多资源


研究结果表明其中83个靶点可被HiBiT标记并通过发光信号进行检测。使用蛋白印迹分析研究这些靶点共计需要97种抗体,因此成本更高且更为耗时。而且,如果针对特定靶点的抗体并不存在,那么则很可能无法进行实验。研究发现表明,这种方法可广泛用于分析内源性蛋白且可进行扩展。

生物发光成像技术用于验证编辑的HeLa混合细胞中HiBiT融合蛋白的亚细胞定位


除此之外,这份报告还提供了有关敲入细胞验证和表征的更多详细信息。筛选用于发光信号检测的编辑的混合细胞后,还进行了额外的验证以确认HiBiT标记蛋白的表达、大小和位置。使用了HiBiT特异性印迹分析和生物发光成像技术代替了蛋白印迹分析和免疫荧光显微技术。HiBiT的灵敏度很高,因此它可实现发光板检测、印迹分析和生物发光成像等应用场景中的多种形式的定量分析。





总结


案例分析结论


该文章旨在更深入地了解通过内源性蛋白标签而开发出的细胞模型的性能。通过比较从内源性基因座表达的HiBiT融合蛋白和通过两个转录调节蛋白的质粒表达的HiBiT融合蛋白的数据,研究人员证明了编辑过的细胞较之于传统的过度表达模型的优势。只有内源性表达才能提供准确反映细胞蛋白动力学的数据。保持细胞完整性可实现在自然状态下对信号通路的分析,同时不会产生与过度表达相关的假象,而且经过编辑的细胞更能准确地反映靶点的生物学特征。




更多资源





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