蛋白质芯片技术进展

中

第２４卷第１２期

国生物工程杂志

２００４年１２月

ＣＨＩＮＡＢ１０７ＩＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

蛋白质芯片技术进展

刘康栋。

赵建龙

上海２０００５０）

（中国科学院上海微系统与信息技术研究所

摘要人类基因组测序工作的完成，引起人们对蛋白质组研究的热忱。蛋白质作为生命活动的

执行者，种类繁多，结构复杂，并且其活性与空间结构密切相关，需要更为先进的技术去研究和探索。近来出现的蛋白质芯片以并行、高通量检测、分析和处理蛋白质样品，发展迅速，应用前景广泛。介绍蛋白质芯片的种类、蛋白质固定的表面化学以及不同的检测方法，简述蛋白质芯片在不同领域的应用，并讨论蛋白质芯片目前存在的问题。关键词

蛋白质芯片

蛋白质组

随着人类基因组大规模测序工作的完成，研究者逐渐认识到在核酸水平上检测的ｍＲＮＡ表达水平和相应蛋白质的表达水平并不完全相关…，而且蛋白质本身在翻译后还有许多修饰过程，因而越来越多的研究者将研究目标转移到蛋白质的结构、功能、表达水平和蛋白质之间的相互作用关系上来。蛋白质的研究并不像核酸的研究那样成果累累，因为蛋白质由２０多种氨基酸组成，没有核酸研究中ＰｃＲ（ｐｏｌｙｍｅｍｓｅ

ｃｈａｉｎ

应蛋白质的表达情况。蛋白质芯片根据相互作用原理可分为抗原一抗体芯片，受体一配体芯片，酶一底物芯片和多肽芯片等。

２蛋白质芯片的制作

蛋白质芯片的制作比ＤＮＡ芯片的制作更为复杂，蛋白质很难在载体表面合成，合成的序列也很短，而且合成多肽序列的空间结构很难预测，由于蛋白质的活性和其空间结构的关系极为密切，在载体的表面直接固定很容易导致蛋白质空间结构的改变而失去活性，由于蛋白质种类繁多、性质各异，而载体表面只能用一种化学或生物基团修饰，这给探针与载体表面基团的结合带来困难。而且探针在载体的表面固定还要求一定的方向性，这种方向性直接影响其和相应配体的结合效率。２．１探针载体的选择和制作

制作蛋白质芯片首先要选择合适的基片作为蛋白质的载体，蛋白质芯片的载体要满足以下几个方面的要求：（１）基片要能够适合高密度点样的要求；（２）探针固定后能够保持蛋白质的活性；（３）不同批次基片之间以及同一基片各点之间均一性好；（４）分析复杂蛋白质混合物时有较好的信噪比；（５）蛋白质探针有较好的保质期口－。

早期尝试用蛋白质电泳常用的聚苯乙烯、ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｄｉｎｕ耐ｄｅ）膜和硝化纤维膜作为

ｒｅａｃｔｉｏｎ）一样的蛋白质扩增技

术，也没有ＤＮＡ测序那样成熟的蛋白质测序技术，而且蛋白质的活性和空间结构密切相关，因此呼唤创造并行、快速、高通量的蛋白质研究技术。ＤＮＡ芯片的成功先例，给蛋白质的高通量研究提供了榜样，蛋白质芯片应运而生，在生物界的高度关注下，蛋白质芯片快速发展，在蛋白质组的研究中有着广阔的应用前景。

１蛋白质芯片的概念

现在的蛋白质芯片是指在固相支持物（载体）表面固定大量蛋白探针（可以是抗原、抗体，受体、配体、酶、底物等），形成高密度排列的蛋白质点阵。利用这种芯片和含有未知蛋白质的液体（体液、细胞和组织提取物）进行孵育反应，反应后用相应的检测系统进行检测，最后应用计算机分析和比较相

收稿日期：２００４一０８．０３修回日期：２００４—０９．２ｌ女电子信箱：ｌｋｄ７２＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ

蛋白质的载体，但蛋白质易在这些软载体表面扩散，影响到探针的密度，硝化纤维膜还有较高的背景噪音，信噪比较差。也有研究者借用制作ＤＮＡ

万方数据　

第１２期刘康栋等：蛋白质芯片技术进展

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芯片的方法，将蛋白质、抗原或抗体等样品直接点在修饰过的载玻片表面，在样品缓冲液中加入高比例的甘氨酸以保持蛋白质活性‘３１。

为了防止蛋白质在点样过程中相互扩散污染，同时保持蛋白质的活性，又发展了三维基质芯片，是在玻璃表面形成微小点状的聚丙烯酰胺凝胶或琼脂糖凝胶，它们都是有孔的亲水性基质，捕获的蛋白质和抗体易扩散到它们的孔里，并被固定在基质中，并能够有效保持蛋白质活性，固定的蛋白质的量也较大Ｈ’５Ｊ。Ｚｈｏｕ等∞ｏ在玻璃片表面铺一层羟甲基右旋糖苷水凝胶，在水凝胶表面又印刷一层网格状、疏水的四正辛基溴化铵，将蛋白质探针点在网格内，四正辛基溴化铵成为阻挡层，防止探针的相互扩散，待探针固定后，用叔丁基醇去除四正辛基溴化铵，该法成功制备高密度的探针。

利用微加工技术将玻璃片上的聚二烷基硅氧烷膜（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅＰＤＭＳ）制造成微孔结构，在微孔内固定探针，用来制备蛋白质芯片。这种方法材料价格低、加工简单、便于自动化，有一定的应用前景Ⅲ。

２．２芯片载体的表面修饰

蛋白质在载体表面的固定较ＤＮＡ的固定更为复杂。因为不同的蛋白质物理和化学性质千差万别，其活性和空间结构密切相关，因而发展一种稳 …… 此处隐藏：12143字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……