印迹技术
印迹技术(blotting) 是指将生物样品中的分子通过电泳分离后,转移到固相膜上,再利用特异性识别物质进行检测的方法,分为免疫印迹技术(immunoblotting)、核酸印迹技术(nucleic acid blotting)及配体结合印迹(ligand/affinity blotting)。
免疫印迹技术
Western Blot
Western Blot主要检测生物样品中的蛋白质,其核心步骤包括分离、转移、检测三步。其利用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)来分离样品包含的各种蛋白质。其中,阴离子去垢剂(SDS)可协同还原剂(DTT或β-巯基乙醇)使蛋白质变性并赋予其极大的负电荷密度,消除了蛋白质本身电荷差异的影响,使得迁移率只取决于分子量,最终使得蛋白质按照分子量大小分离。随后,将分离的蛋白质转移到硝酸纤维素或PVDF膜上,蛋白质被非共价吸附固定。固定后,使用特异性结合蛋白质表位的一抗结合目标蛋白,再用标记的二抗放大信号,通过化学发光、荧光或显色反应以读取结果。
核酸印迹技术
核酸印迹技术是一类将电泳后的核酸片段(DNA或RNA)转移到固相膜上加以固定,再通过标记的互补核酸探针通过分子杂交进行特异性探测的技术。核酸印迹技术主要包括Southern Blot和Northern Blot,前者检测DNA,可测定基因拷贝数,后者检测RNA,可测定转录本大小与剪接变体。如今Southern Blot技术多被qPCR、ddPCR或DNA测序代替,Northern Blot多被qRT-PCR、RNA-seq技术取代,但二者仍可作为验证性手段保留。
配体结合印迹技术
配体结合印迹技术所使用的分子探针并非与蛋白质特异性结合的抗体,亦非互补配对的核酸探针,而是可与目标分子特异性结合的配体。下面介绍几种常见的技术。
Southwestern Blot与Northwestern Blot
Southwestern Blot的核心是蛋白质与DNA的特异性结合,其配体(即探针)是标记DNA片段,而靶标则是DNA结合蛋白,主要用于鉴定转录因子的作用位点和蛋白质识别序列的确认。
Northwestern Blot的核心则是蛋白质与RNA的特异性结合,其配体(探针)是标记RNA片段,而靶标是RNA结合蛋白(RNA-binding protein,RBP),主要用于RBP的鉴定及研究mRNA-蛋白互作。
Eastern Blot
Eastern Blot技术探针的识别位点并非蛋白表位,而是共价修饰基团(糖基、脂基、磷酸基等)。因此,该技术可用于检测蛋白质翻译后的修饰。常用的探针包括凝集素、化学染料、霍乱毒素B亚基等,共价修饰基团特异性抗体也可作为探针(此时可视为Western Blot技术的延伸)。其中凝集素(lectin)是最常用的探针之一,其靶标为糖蛋白中的糖链,以凝集素为探针的Eastern Blot我们称为凝集素印迹(Lectin Blot),后者在文献中更常出现。
Far-Western Blot
Far-Western Blot的检测对象也是蛋白质,但与Western Blot有所不同,Far-Western Blot使用已知蛋白代替一抗结合目标蛋白,使用被标记的抗标签抗体(anti-GST、anti-His等)代替二抗结合已知蛋白上的“标签”,从而放大信号、读取结果,从而研究已知蛋白与目标蛋白的蛋白互作。此时我们称已知蛋白为诱饵蛋白(bait),称目标蛋白为猎物蛋白(prey),其术语来源于1989年Fields与Song建立的酵母双杂交(Y2H)系统。Far-Western Blot技术的用途主要在于验证两个蛋白是否通过直接结合互作,且可以检测其结合位点所在的结构域。使用磷酸化或突变体诱饵做对照时,则可进一步判断蛋白质互作是否依赖翻译后修饰。
然而,由于诱饵蛋白凭借其天然构象结合猎物蛋白,因此后者必须在转移后进行复性。复性不完全所致的假阴性是Far-Western Blot的主要误差来源;复性后以非天然构象呈现的蛋白质可能产生非生理性的结合,导致假阳性。另外,由于电泳时SDS及还原剂解离了蛋白质的不同亚基,因此依赖多亚基复合物才能发生的互作难以被Far-Western Blot检测。
Ligand Blot
Ligand blot最早是指用放射性碘(¹²⁵I)标记的胰岛素、EGF等配体,在固相膜上识别并结合相应受体,因此狭义的配体结合印迹技术主要是指以激素、生长因子、神经递质、细胞因子等为探针、以这些物质的对应受体为靶标的印迹技术,主要用于受体的鉴定。