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生物分子類實(shí)驗(yàn)室常用實(shí)驗(yàn)技術(shù)原理匯總

[2015/4/27]

一、GST pull-down實(shí)驗(yàn)

將靶蛋白-GST融合蛋白親和固化在谷胱甘肽親和樹脂上,作為與目的蛋白親和的支撐物,充當(dāng)一種誘餌蛋白目的蛋白溶液過柱,可從中捕獲與之相互作用的捕獲蛋白”(目的蛋白),洗脫結(jié)合物后通過SDS-PAGE電泳分析從而證實(shí)兩種蛋白間的相互作用或篩選相應(yīng)的目的蛋白,誘餌蛋白捕獲蛋白均可通過細(xì)胞裂解物、純化的蛋白、表達(dá)系統(tǒng)以及體外轉(zhuǎn)錄翻譯系統(tǒng)等方法獲得。此方法簡單易行,操作方便。注:GST即谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase)

二、足印法(Footprinting

用來測定DNA-蛋白質(zhì)專一性結(jié)合的方法,用于檢測目的DNA序列與特定蛋白質(zhì)的結(jié)合,也可展示蛋白質(zhì)因子同特定片段之間的結(jié)合。其原理為:DNA和蛋白質(zhì)結(jié)合后,DNA與蛋白的結(jié)合區(qū)域不能被DNase(脫氧核糖核酸酶)分解,在對目的DNA序列進(jìn)行檢測時便出現(xiàn)了一段無DNA序列的空白區(qū)(即蛋白質(zhì)結(jié)合區(qū)),從而了解與蛋白質(zhì)結(jié)合部位的核苷酸數(shù)目及其核苷酸序列。

三、染色質(zhì)免疫共沉淀技術(shù)(Chromatin ImmunoprecipitationChIP

研究體內(nèi)蛋白質(zhì)與DNA相互作用的有力工具,利用該技術(shù)不僅可以檢測體內(nèi)反式因子與DNA的動態(tài)作用,還可以用來研究組蛋白的各種共價修飾以及轉(zhuǎn)錄因子與基因表達(dá)的關(guān)系。

原理是:在生理狀態(tài)下把細(xì)胞內(nèi)的DNA與蛋白質(zhì)交聯(lián)在一起,通過超聲或酶處理將染色質(zhì)切為小片段后,利用抗原抗體的特異性識別 反應(yīng),將與目的蛋白相結(jié)合的片段沉淀下來。染色質(zhì)免疫沉淀技術(shù)一般包括細(xì)胞固定,染色質(zhì)斷裂,染色質(zhì)免疫沉淀,交聯(lián)反應(yīng)的逆轉(zhuǎn),DNA的純化及鑒定。

四、基因芯片(又稱生物芯片)技術(shù)

指將大量探針分子固定于支持物上后與標(biāo)記的樣品分子進(jìn)行雜交,通過檢測每個探針分子的雜交信號強(qiáng)度進(jìn)而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。通俗地說,就是通過微加工技術(shù) ,將數(shù)以萬計、乃至百萬計的特定序列的片段(基因探針),有規(guī)律地排列固定于2cm²的硅片、玻片等支持物上,構(gòu)成的一個二維DNA探針陣列,被稱為基因芯片;蛐酒饕糜诨驒z測工作。

原理是雜交測序方法,即通過與一組已知序列的核酸探針雜交進(jìn)行核酸序列測定的方法,在一塊基片表面固定了序列已知的八核苷酸的探針。當(dāng)溶液中帶有熒光標(biāo)記的核酸序列TATGCAATCTAG,與基因芯片上對應(yīng)位置的核酸探針產(chǎn)生互補(bǔ)匹配時,通過確定熒光強(qiáng)度最強(qiáng)的探針位置,獲得一組序列完全互補(bǔ)的探針序列。據(jù)此可重組出靶核酸的序列。

五、高效液相色譜(HPLC

在經(jīng)典色譜法的基礎(chǔ)上,引用了氣相色譜的理論,在技術(shù)上,流動相改為高壓輸送;色譜柱是以特殊的方法用小粒徑的填料填充而成,從而使柱效大大高于經(jīng)典液相色譜(每米塔板數(shù)可達(dá)幾萬或幾十萬);同時柱后連有高靈敏度的檢測器,可對流出物進(jìn)行連續(xù)檢測。

高壓泵將貯液罐的流動相經(jīng)進(jìn)樣器送入色譜柱中,然后從檢測器的出口流出,這時整個系統(tǒng)就被流動相充滿。當(dāng)欲分離樣品從進(jìn)樣器進(jìn)入時,流經(jīng)進(jìn)樣器的流動相將其帶入色譜柱中進(jìn)行分離,分離后不同組分依先后順序進(jìn)入檢測器,記錄儀將進(jìn)入檢測器的信號記錄下來,得到液相色譜圖。

、噬菌體展示技術(shù)

將外源蛋白或多肽的DNA序列插入到噬菌體外殼蛋白結(jié)構(gòu)基因的適當(dāng)位置,使外源基因隨外殼蛋白的表達(dá)而表達(dá),同時,外源蛋白隨噬菌體的重新組裝而展示到噬菌體表面的生物技術(shù)。

噬菌體展示技術(shù)是將多肽或蛋白質(zhì)的編碼基因或目的基因片段克隆入噬菌體外殼蛋白結(jié)構(gòu)基因的適當(dāng)位置,在閱讀框正確且不影響其他外殼蛋白正常功能的情況下,使外源多肽或蛋白與外殼蛋白融合表達(dá),融合蛋白隨子代噬菌體的重新組裝而展示在噬菌體表面。被展示的多肽或蛋白可以保持相對獨(dú)立的空間結(jié)構(gòu)和生物活性,以利于靶分子的識別和結(jié)合。肽庫與固相上的靶蛋白分子經(jīng)過一定時間孵育后,洗去未結(jié)合的游離噬菌體,然后以競爭受體或酸洗脫下與靶分子結(jié)合吸附的噬菌體,洗脫的噬菌體感染宿主細(xì)胞后經(jīng)繁殖擴(kuò)增,進(jìn)行下一輪洗脫,經(jīng)過3輪~5輪的吸附-洗脫-擴(kuò)增后,與靶分子特異結(jié)合的噬菌體得到高度富集。所得的噬菌體制劑可用來做進(jìn)一步富集有期望結(jié)合特性的目標(biāo)噬菌體。

、RNA提。Trizol法)

Trizol試劑中的主要成分為異硫氰酸胍和苯酚,異硫氰酸胍可裂解細(xì)胞,促使核蛋白體的解離,使RNA與蛋白質(zhì)分離,并將RNA釋放到溶液中。當(dāng)加入氯仿時,它可抽提酸性的苯酚,而酸性苯酚可促使RNA進(jìn)入水相,離心后可形成水相層和有機(jī)層,這樣RNA與仍留在有機(jī)相中的蛋白質(zhì)和DNA分離開。水相層(無色)主要為RNA,有機(jī)層(黃色)主要為DNA和蛋白質(zhì)。

八、RT-PCR

RNA的反轉(zhuǎn)錄(RT)和cDNA的聚合酶鏈?zhǔn)綌U(kuò)增(PCR)相結(jié)合的技術(shù)。首先經(jīng)反轉(zhuǎn)錄酶的作用從RNA合成 cDNA,再以cDNA為模板,擴(kuò)增合成目的片段。RT-PCR可以一步法或兩步法的形式進(jìn)行。在兩步法RT-PCR中,每一步都在最佳條件下進(jìn)行。

、實(shí)時熒光定量PCRQ—PCR)(Real-time Quantitative PCR

利用熒光信號的變化實(shí)時檢測PCR擴(kuò)增反應(yīng)中每一個循環(huán)擴(kuò)增產(chǎn)物量的變化,通過Ct值和標(biāo)準(zhǔn)曲線的關(guān)系對起始模板進(jìn)行定量分析。

閾值:是循環(huán)開始315個循環(huán)的熒光信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差的10倍,設(shè)定在擴(kuò)增曲線指數(shù)增長期。

C(t)值:熒光信號(擴(kuò)增產(chǎn)物)到達(dá)閾值時所經(jīng)過的擴(kuò)增循環(huán)次數(shù)。

十、大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞(E。coli DH5α)制備

1、前夜接種受體菌(DH5?DH10B),挑取單菌落于LB培養(yǎng)基中37℃搖床培養(yǎng)到第二日(約16小時);

2、取1ml已培養(yǎng)到第二日的培養(yǎng)物轉(zhuǎn)接于100ml LB培養(yǎng)基中,在37℃搖床上劇烈振蕩培養(yǎng)約2。5-3小時(250-300rpm);

3、將0。1M CaCl2溶液置于冰上預(yù)冷;以下步驟需在超凈工作臺和冰上操作;

4、吸取1。5ml培養(yǎng)好的菌液至1。5ml離心管中,在冰上冷卻10分鐘;

5、4℃3000 g冷凍離心5分鐘;

6、棄去上清,加入100微升預(yù)冷0。1M CaCl2溶液,用移液槍輕輕上下吸動打勻,使細(xì)胞重新懸浮,在冰放置20分鐘;

、4℃3000 g冷凍離心5分鐘;

、棄去上清,加入100微升預(yù)冷0。1M CaCl2溶液,用移液槍輕輕上下吸動打勻,使細(xì)胞重新懸浮;

、細(xì)胞懸浮液可立即用于轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)或添加冷凍保護(hù)劑(15% - 20%甘油)后超低溫冷凍貯存?zhèn)溆茫ǎ?/FONT>70℃)。

、堿變性提取質(zhì)粒DNA

基于染色體DNA與質(zhì)粒DNA的變性與復(fù)性的差異而達(dá)到分離目的。在pH高達(dá)12。6的堿性條件下,染色體DNA的氫鍵斷裂,雙螺旋結(jié)構(gòu)解開而變性。質(zhì)粒DNA的大部分氫鍵也斷裂,但超螺旋共價閉合環(huán)狀的兩條互補(bǔ)鏈不會完全分離,當(dāng)以pH4。8NaAc高鹽緩沖液去調(diào)節(jié)其pH至中性時,變性的質(zhì)粒DNA又恢復(fù)原來的構(gòu)型,保存在溶液中,而染色體DNA不能復(fù)性而形成纏連的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),通過離心,染色體DNA與不穩(wěn)定的大分子RNA、蛋白質(zhì)-SDS復(fù)合物等一起沉淀下來而被除去。

、目的基因的連接、轉(zhuǎn)化及克隆篩選

1)分---PCR分離目的基因:PCR克隆、同源克隆、文庫篩選

2)切---限制性內(nèi)切酶切割:粘性末端、平末端

3)接---目的基因與載體相連:利用DNA聚合酶反應(yīng)時都有在PCR產(chǎn)物的3’末端添加一個或者幾個A堿基的特性和利用T載體3’末端的T堿基和PCR產(chǎn)物的A堿基互補(bǔ)配對經(jīng)連接酶作用,完成與載體的連接。

4)轉(zhuǎn)---轉(zhuǎn)入宿主細(xì)胞

感受態(tài)細(xì)胞:經(jīng)過電擊、CaCl2、RuCl等化學(xué)試劑處理后,細(xì)胞膜的通透性發(fā)生變化,成為能容許外源 DNA 分子通過時細(xì)胞的狀態(tài)。

5)篩---篩選陽性重組體

、RNA干擾(RNAi

一些小的雙鏈RNA(siRNA)可以通過促使特定基因的mRNA降解來高效、特異的阻斷體內(nèi)特定基因表達(dá),誘使細(xì)胞表現(xiàn)出特定基因缺失的表型。

、cDNA 末端快速擴(kuò)增 (rapid amplification of cDNA endsRACE)技術(shù)

基于mRNA反轉(zhuǎn)錄和 PCR技術(shù)建立起來的、以部分的已知區(qū)域序列為起點(diǎn)擴(kuò)增基因轉(zhuǎn)錄本的未知區(qū)域,從而獲得mRNA(cDNA)完整序列的方法。從低豐度轉(zhuǎn)錄本中快速增長cDNA5’cDNA3’末端,進(jìn)而獲得獲得全長cDNA簡單而有效的方法,該方法具有快捷、方便、高效等優(yōu)點(diǎn),可同時獲得多個轉(zhuǎn)錄本。因此近年來RACE技術(shù)已逐漸取代了經(jīng)典的cDNA文庫篩選技術(shù)成為克隆全長cDNA序列的常用手段。

mRNA差異顯示技術(shù)(DD-PCR

mRN A逆轉(zhuǎn)錄技術(shù)和PCR技術(shù)相結(jié)合的一種RNA指紋圖譜技術(shù)。每一種細(xì)胞(包括同一組織細(xì)胞經(jīng)過不同的處理)都有其特異表達(dá)的不同于其他組織細(xì)胞的基因譜(有差異基因表達(dá)),即特異的RNA指紋圖譜。差異基因表達(dá)是細(xì)胞分化的基礎(chǔ),正是這些基因在細(xì)胞中的特異表達(dá)與否,決定了生命歷程中細(xì)胞的發(fā)育和分化、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、細(xì)胞衰老和凋亡等。mRNA DDR TPCR 技術(shù)正是對組織特異性表達(dá)基因進(jìn)行分離的一種快速而行之有效的方法。 其基本原理是從基因背景相同的2個或幾個被比較的細(xì)胞系或組織中提取總RNA,逆轉(zhuǎn)錄成cDNA ,用不同引物對,進(jìn)行PCR 擴(kuò)增,擴(kuò)增時加入同位素標(biāo)記的核苷酸。利用測序膠電泳技術(shù)分離PCR 產(chǎn)物,經(jīng)放射自顯影即可找到差異表達(dá)的基因。

、抑制差減雜交

原理抑制差減雜交技術(shù)(SSH)是由Diatchenko等建立的以抑制性PCRDNA差減雜交方法相結(jié)合的方法。其依據(jù)兩點(diǎn):(1)消減雜交;(2)抑制PCR。經(jīng)抑制差減雜交后的cDNA群體不僅富集了差異表達(dá)基因(目的基因)而且目的基因間豐度的差異經(jīng)過均等化作用已基本消除,使消減后的cDNA群體為豐度一致的目的基因群體。

抽提兩種不同來源組織的mRNA(testerdriver),反轉(zhuǎn)錄成 cDNA,4堿基識別酶(RsaI)HaeIII酶切兩種cDNA產(chǎn)生平端片段;testerc DNA分成均等的兩份,分別接上dapter1adapter2兩種接頭,并與過量的經(jīng)RsaI消化的driver樣本變性后退火雜交。第一次雜交后有4種產(chǎn)物:a是單鏈testercDNA;b是自身退火的testercDNA雙鏈;ctesterdriver的異源雙鏈;ddrivercDNA。

根據(jù)復(fù)性動力學(xué)原理豐度高的單鏈cDNA退火時產(chǎn)生同源雜交速度快于豐度低的單鏈cDNA,因此第一次雜交使得豐度有差別的cDNA的單鏈分子的相對含量趨向一致;旌蟽煞蓦s交樣品,同時加入新的變性driver cDNA 進(jìn)行第二次消減雜交。雜交完全后補(bǔ)平末端,加入合適引物(adapter1adapter2的部分特異序列)進(jìn)行PCR擴(kuò)增,只有含不同接頭的雙鏈DNA分子(e)才可進(jìn)行指數(shù)擴(kuò)增,擴(kuò)增產(chǎn)物即為目的片段。利用adapter上的酶切位點(diǎn)可進(jìn)行克隆、測序等。

十七、雙向凝膠電泳(2-DE

原理是第一向基于蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)不同用等電聚焦分離,第二向則按分子量的不同用SDS-PAGE分離,把復(fù)雜蛋白混合物中的蛋白質(zhì)在二維平面上分開。

十八、mRNA的分離與純化(寡聚(dT)纖維素柱純化mRNA

真核細(xì)胞的mRNA分子最顯著的結(jié)構(gòu)特征是具有5’端帽子結(jié)構(gòu)(m7G)和3’端的Poly(A)尾巴。絕大多數(shù)哺乳類動物細(xì)胞mRNA3’端存在20-30個腺苷酸組成的PolyA)尾,通常用PolyA+)表示。這種結(jié)構(gòu)為真核mRNA的提取,提供了極為方便的選擇性標(biāo)志,寡聚(dT)纖維素或寡聚(U)瓊脂糖親合層析分離純化mRNA的理論基礎(chǔ)就在于此。

mRNA的分離方法較多,其中以寡聚(dT-纖維素柱層析法最為有效,已成為常規(guī)方法。此法利用mRNA 3’末端含有PolyA+)的特點(diǎn),在RNA流經(jīng)寡聚(dT)纖維素柱時,在高鹽緩沖液的作用下,mRNA被特異地結(jié)合在柱上,當(dāng)逐漸降低鹽的濃度時或在低鹽溶液和蒸餾水的情況下,mRNA被洗脫,經(jīng)過兩次寡聚(dT)纖維柱后,即可得到較高純度的mRNA。

十九、His-tag純化蛋白

His-Tag序列(6810個連續(xù)的組氨酸殘基)與固定在基于NTA(氮川三乙酸鎳) -IDA- His-Bind樹脂上的二價陽離子Ni2+結(jié)合。洗去未結(jié)合蛋白后,用咪唑或稍低的pH洗脫并回收目標(biāo)蛋白。該通用系統(tǒng)使得可在溫和、非變性條件,或存在6M胍或尿素條件下純化蛋白。

二十、RNA酶保護(hù)試驗(yàn)方法 (RNase Protection Assay,RPA)

是近十年發(fā)展起來的一種全新的mRNA定量分析方法。其基本原理是將標(biāo)記的特異RNA探針(32P或生物素)與待測的RNA樣品液相雜交,標(biāo)記的特異RNA探針按堿基互補(bǔ)的原則與目的基因特異性結(jié)合,形成雙鏈RNA;未結(jié)合的單鏈RNA經(jīng)RNAARNAT1消化形成寡核糖核酸,而待測目的基因與特異RNA探針結(jié)合后形成雙鏈RNA,免受RNA酶的消化,故該方法命名為RNA酶保護(hù)實(shí)驗(yàn)。

Northern blotRT-PCR比較,RPA有以下幾個優(yōu)點(diǎn):1。 檢測靈敏度比Northern雜交高。由于Northern雜交步驟中轉(zhuǎn)膜和洗膜都將造成樣品和探針的損失,使靈敏度下降,而RPA將所有雜交體系進(jìn)行電泳,故損失小,提高了靈敏度。2 由于PCR擴(kuò)增過程中效率不均一和反應(yīng)平臺問題,基于PCR產(chǎn)物量進(jìn)行分析所得數(shù)據(jù)的可靠性將下降,而RPA沒有擴(kuò)增過程,因此,分析的數(shù)據(jù)真實(shí)性較高。3。由于與反義RNA探針雜交的樣品RNA僅為該RNA分子的部分片段,因此,部分降解的RNA樣品仍可進(jìn)行分析。4步驟較少,耗時短。與Northern雜交相比,省去了轉(zhuǎn)膜和洗膜的過程。5。 RNA-RNA雜交體穩(wěn)定性高,無探針自身復(fù)性問題,無須封閉。6。 一個雜交體系中可同時進(jìn)行多個探針雜交,無競爭性問題。7。 檢測分子長度可以任意設(shè)置,靈活性大。RPA的缺點(diǎn)是需要同位素標(biāo)記探針。

 

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