科学家是用什么的试艺术分辨出以蛋白质胞内转运起作用的膜蛋白的?

发布日期:2018-06-04 来源:财富国际在线 阅读:
科学家是用什么的试艺术分辨出以蛋白质胞内转运起作用的膜蛋白的? 匿名用户 6小时前 137 科普
0 0
其他回答

Zhou Ziliang 的回答已经很详细的介绍了具体的实验方法,我来补充一下实验的设计思路吧。继续使用他所提到的今年诺贝尔奖得主的例子,他们的研究领域正是细胞内转运。另外尽量用简单的说法,希望非生物专业的人也能看的明白。


Randy Schekman 教授的研究对象是Saccharomyces cerevisiae(酿酒酵母)。单细胞真核生物,基因少(相对于人类),易操作(好养,好处理,实验工具丰富啊),同时仍与人类细胞有很多的相似性。他的实验思路可以说是一种“减法”。通过突变去除某个蛋白然后看它的影响。道理如同足球比赛你少派了一名队员上场,发现对方进球很容易,怎么射怎么有,那么没上的那个家伙很可能就是门将。生物研究通过基因突变去除某个特定的基因或者改变它的部分基因序列,那么突变细胞就会缺少该基因所编码的蛋白,或者蛋白仍存在但是缺失某些功能。

Schekman就是通过基因突变发现了很多与转运相关的蛋白。当缺少这些蛋白时,突变细胞往往有某种转运缺陷 (比如 因为转运被停止, 所以细胞内的膜结构载体聚集和增大),可以通过实验手段观察到(比如电子显微镜)。这种通过突变特定基因研究特定蛋白功能的方法至今仍然广泛使用。

Schekman的实验设计很精妙的,要知道那是80年代,还没有酵母基因组的序列信息,也就无从而知它都有哪些基因。而且即便知道了基因序列信息,几千个基因也不能挨个突变一个个试啊。所以他养了一堆细胞然后加入一种可导致突变的试剂,该试剂可以在随机造成某个基因的变化。于是这堆细胞就变成了带有不同的随机基因突变的细胞群,之后就可以在其中筛选出有细胞转运缺陷(传递某货物非常无力)的突变细胞了。当然在当时他只是发现了这些突变细胞,并做了很多相关实验。待之后基因序列信息的丰富和基因组测序技术的发展,具体这些突变细胞中是哪些个基因被突变了就知道了。

Schekman是通过改变细胞内的基因,是通过观察细胞所发生的变化。James E. Rothman教授则是在cell free的情况下做的实验,体现另一种思路。Schekman的实验是观察细胞内所发生的变化,实验也使用的是活细胞(虽然许多实验之前细胞已经速死了(fixed),但仍能体现生前形象,嗯,可按照庞贝古城想象),所以观察的结果一般认为更能体现细胞内的真实情况。但细胞内系统复杂,背景噪音嘈杂,并受限于实验设备的技术局限,有时候无法观测的某些信息。另一方面,细胞外(cell free)的实验,是把细胞内的一些组分提纯出来,再用这些组分在实验室条件下还原细胞内所发生的某种现象。比如你提纯了组分A ,B, C,发现只有把他们都加到一起的时候才能起某种反应,(可以说是某种加法),那么你就可以大概推测 A,B,C在这种反应中起作用。细胞外的实验背景简单,可用的实验手段也更多。当然相对的,由于实验环境与细胞内环境还是有很大差别的,所以某种程度上不能完全反映细胞内的真实情况。比如确实有在细胞外得出的结果,后来的研究发现在细胞内根本不一样。所以研究中一般都会细胞内,细胞外的实验同时进行,相互印证。

回到 Rothman的实验,借了Zhou Ziliang 转的图然后稍微修改了下

简单的说就是donor细胞再接受病毒感染后会产生一种VSV encoded G蛋白,这种G蛋白可以被糖基转移酶修饰,但donor细胞中缺少这种酶。acceptor细胞中没有这种G蛋白,但是有糖基转移酶。Rothman从供体和受体细胞中提纯了高尔基体(嗯,简单说的说就是某种封闭的膜结构,)并把他们混到一起,然后观测G蛋白有没有被修饰,如果修饰发生了,就说明G蛋白转移到了受体中,也就说明了转运系统的存在。

简单的说,其实就是,A有原料没加工工具,B有工具没原料,最后你能看到成品就说明原料从A运输到了B。
倬彼云汉 5小时前 0条评论
0 0
谢邀。
简单答一下吧。先介绍下他们文章里用的方法,由于年代久远估计好多目前都不怎么使用了。以后有空了再补充下目前trafficking一般的研究手段。
另外,我想这个,去看看原文就能知道答案了,我帮你们搬运下好了。
主要是根据The 2013 Nobel Prize in Physiology or Medicine这个里面给的“Key publications”来的。
第一篇http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC383491/
主要是通过电镜观察一个酵母的温度敏感分泌缺陷突变体(sec1-1),发现其在37度时有大量“internal pool of the secretory enzymes invertase and acid phosphatase”积累,此时出现“a large increase in the number of intracellular membrane-bound vesicles”,细胞回到允许温度后这些vescile随同这些酶就会被分泌出去,与“a vesicle intermediate in the yeast secretory pathway“的相应证据是一致的,”and suggest that exocytosis may contribute to cell-surface growth.”
结论:主要是电镜观察小泡形态+突变体。
第二篇http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6498939
作者们在cell-free的系统中通过测量3H-N-acetylglucosa-mine (GlcNAc)的coupled incorporation来观测"Transport of the VSV-encoded glycoprotein (G protein) between successive compartments of the Golgi "。下图为示意,摘自原文。
结论:通过作者自己构建的体外系统,利用同位素标记的底物来示踪,同时还测了酶活的好像。
第三篇http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2188733
通过电镜观察一堆突变体,“sec18, sec17, and sec22, accumulate 50 nm vesicles at the nonpermissive temperature.” “These interactions suggest cooperation between different SEC gene products in vesicle budding and vesicle fusion processes.”
第四篇http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2333096
发现p65的胞内端长得像PKC,并且能和酸性磷脂结合。“The structure and properties of p65 suggest that it may have a role in mediating membrane interactions during synaptic vesicle exocytosis.”
具体是先离心synaptic vesicles,再做chromatography,然后SDS-PAGE得到p65蛋白,测蛋白质序列,据此设计引物PCR其cDNA,做个比对,测测一些诸如与脂类结合的性质。从这篇开始,总算有广大生物民工耳熟能详的玩意了。
第五篇SNAP receptors implicated in vesicle targeting and fusion
用SNAREs拉in vivo的蛋白,“An affinity purification procedure based on the natural binding of these proteins to their targets was used to isolate SNAP receptors (SNAREs) from bovine brain
. Remarkably, the four principal proteins isolated were all proteins associated with the synapse, with one type located in the synaptic vesicle and another in the plasma membrane, suggesting a simple mechanism for vesicle docking. The existence of numerous SNARE-related proteins, each apparently specific for a single kind of vesicle or target membrane, indicates that NSF and SNAPs may be universal components of a vesicle fusion apparatus common to both constitutive and regulated fusion (including neurotransmitter release), in which the SNAREs may help to ensure vesicle-to-target specificity.“ 拉下来的主要四个蛋白都是和突触有关的,说明了SNAREs在定位目标方面的重要性和在小泡融合中起的中心作用。下图为示意,摘自原文。
主要运用技术:protein affinity purification
第六篇Synaptic vesicle fusion complex contains unc-18 homologue bound to syntaxin
开始也是用GST-tagged HPC-1(cytoplasmic domains of syntaxin A)去拉蛋白,拉出一个线虫里叫UNC-18的蛋白,然后通过truncation的办法找了下UNC-18和syntaxin结合的区域。完善了运输的细节。

总结:依靠突变体和蛋白质亲和纯化技术,找到有趣的基因,然后通过电镜,同位素示踪以及其他生化的手段观测vesicle等的多少,位置和这些蛋白质的其他诸如酶活性之类的性质。如今做trafficking的应该或多或少能有high-throughput screening来找基因,live-imaging之类的观测,以及其他目前普遍使用或者少数顶尖实验室使用的技术来寻找蛋白质的功能吧。先到这儿。

下面是一些补充的参考文献。
http://www.laskerfoundation.org/awards/pdf/2002_rothman.pdf
http://www.laskerfoundation.org/awards/pdf/2002_schekman.pdf
http://www.laskerfoundation.org/awards/pdf/2013_b_sudhof.pdf
Rapid Release Revealed: Honoring the Synapse
Cell - Rothman and Schekman SNAREd by Lasker for Trafficking
The Mechanisms of Vesicle Budding and Fusion
热心网民 5小时前 0条评论
0 0

关于我们 联系我们招聘信息免责申明广告服务 网站地图 百度地图 TAG标签

Copyright@2018-2022 Cfgjzx.Com 财富国际在线 版权所有 All Rights Reserved   
财富国际提供:最新财富资讯、房产资讯、股票资讯、区块链、投资理财、保险导购、健康产品、公私募基金,易经等资讯及服务.