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DSF:高效解析蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的利器

更新時間:2024-12-27      點擊次數(shù):106
  差示掃描熒光法(Differential Scanning Fluorimetry,簡稱DSF)是一種先進的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性分析技術(shù),近年來在生物科學研究和藥物研發(fā)領(lǐng)域得到了廣泛應用。本文將詳細介紹DSF的基本原理、實驗過程、優(yōu)勢以及其在蛋白質(zhì)穩(wěn)定性分析中的應用,幫助讀者快速了解這一技術(shù)。
 
  一、DSF的基本原理
 
  DSF通過監(jiān)測蛋白質(zhì)在升溫過程中的熒光信號變化,來評估蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。其基本原理可以分為染料法DSF和無標記DSF(Nano DSF)兩種。
 
  染料法DSF:染料法DSF常用的是SYPRO Orange染料。SYPRO Orange是一種環(huán)境敏感的疏水染料,當溫度升高時,蛋白質(zhì)發(fā)生去折疊,疏水部分暴露出來,染料與蛋白質(zhì)的疏水部分特異性結(jié)合,導致熒光增強。通過監(jiān)測熒光強度的變化,可以計算出蛋白質(zhì)的熔解溫度(Tm值),即折疊蛋白與去折疊蛋白相等時的溫度。Tm值越高,表明蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性越強。
 
  無標記DSF(Nano DSF):無標記DSF則是基于蛋白質(zhì)去折疊過程中色氨酸發(fā)射光譜的位移進行檢測。通過檢測熒光變化,可以在非標記環(huán)境下評估蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、膠體穩(wěn)定性、等溫穩(wěn)定性及變復性能力等性質(zhì)。
 
  二、DSF的實驗過程
 
  DSF實驗主要包括儀器準備、樣品準備、反應體系配置、上機檢測和數(shù)據(jù)分析幾個步驟。
 
  儀器準備:DSF實驗主要利用熒光定量PCR儀,在96孔或384孔PCR板上完成平行檢測,以實現(xiàn)高通量篩選目的蛋白和化合物。
 
  樣品準備:蛋白樣品需要具有較高的純度(約75%),化合物的純度通過LC-MS質(zhì)檢。SYPRO Orange是目前DSF實驗中應用廣泛的染料,此外,還有一些特殊的染料用于特定蛋白的研究,如1,8-ANS、2,6-ANS、2,6-TNS、oxazole系列和BODIPY、BFC系列染料探針。
 
  反應體系配置:根據(jù)實驗設計,將蛋白和配體配置成不同濃度的體系,置于96孔板或384孔板中。反應體系主要包括蛋白樣品、反應緩沖液、熒光染料及候選的化合物配體,每檢測孔樣品體積為20~25?L,以蛋白緩沖液作為空白對照,每個檢測組設三組重復。
 
  上機檢測:將配置好的體系放入熒光定量PCR儀中,激發(fā)和發(fā)射波長分別調(diào)至熒光染料相應波長,升溫速率通常設為1℃/10s,溫度變化范圍一般從25℃到75℃或100℃,每1~3℃測定一次熒光強度(實驗條件會根據(jù)實際情況優(yōu)化)。
 
  數(shù)據(jù)分析:通過數(shù)據(jù)處理軟件,繪制出熒光強度隨溫度的變化曲線,通過擬合波爾茲曼(Boltzmann transport equation,BTE)方程,計算出蛋白樣品的Tm值及相關(guān)參數(shù)。
 
  三、DSF的優(yōu)勢
 
  DSF作為一種高效的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性分析技術(shù),具有以下顯著優(yōu)勢:
 
  無需標記:Nano DSF無需使用熒光染料,直接檢測蛋白紫外熒光,簡化了實驗步驟。
 
  高通量篩選:DSF可以在短時間內(nèi)對大量蛋白樣品進行穩(wěn)定性分析,提高了篩選效率。
 
  低樣品消耗量:每個樣品僅需10~25?L,低濃度僅需0.5?g/mL,降低了實驗成本。
 
  數(shù)據(jù)精度高:DSF的數(shù)據(jù)精度高,Tm值的變異系數(shù)(CV)小于0.1%,確保了實驗結(jié)果的可靠性。
 
  溫度變化范圍廣:DSF的溫度變化范圍廣泛,從25℃到100℃不等,適用于不同熱穩(wěn)定性的蛋白質(zhì)分析。
 
  四、DSF在蛋白質(zhì)穩(wěn)定性分析中的應用
 
  DSF在蛋白質(zhì)穩(wěn)定性分析領(lǐng)域具有廣泛的應用前景,主要包括以下幾個方面:
 
  蛋白質(zhì)穩(wěn)定性評估:DSF可以高通量測定蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定參數(shù),評估突變、pH、離子強度等因素對熱穩(wěn)定性的影響,篩選出提高熱穩(wěn)定性的因素。這對于理解蛋白質(zhì)功能、預測蛋白質(zhì)行為具有重要意義。
 
  蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究:蛋白質(zhì)結(jié)晶是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要手段,DSF可以高通量篩選蛋白質(zhì)的結(jié)晶條件,為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究提供有力支持。
 
  蛋白質(zhì)-配體相互作用研究:配體與蛋白質(zhì)結(jié)合一般會導致蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性改變,DSF可以通過測定蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性參數(shù),評估配體與蛋白質(zhì)之間的相互作用,有助于揭示蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的功能機制。
 
  藥物篩選與設計:DSF可用于評估藥物與蛋白質(zhì)的結(jié)合能力以及藥物對蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的影響,從而指導藥物篩選和設計。通過對化合物配體庫進行高通量篩選,獲得與蛋白樣品相結(jié)合的候選化合物,評估化合物對蛋白穩(wěn)定性的影響,篩選出蛋白質(zhì)穩(wěn)定劑、抑制劑、輔助因子及分子伴侶。
 
  疾病診斷與預防:DSF可用于檢測疾病相關(guān)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性變化,如癌癥、神經(jīng)退行性疾病等,為疾病的早期診斷和預防提供有力工具。
 
  五、總結(jié)
 
  DSF作為一種高靈敏度的熱分析方法,在蛋白質(zhì)穩(wěn)定性分析領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力和應用前景。隨著技術(shù)的不斷進步和應用范圍的擴大,DSF將在生物科學研究、藥物研發(fā)以及疾病診斷和治療中發(fā)揮越來越重要的作用。通過優(yōu)化熒光探針和實驗條件,進一步提高DSF技術(shù)的靈敏度和準確性,以更精確地評估蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性,為揭示蛋白質(zhì)功能機制、指導藥物研發(fā)以及疾病診斷和治療提供有力支持。
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