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做透Octet,发Nature!看看教科书级的实验设计

时间:2024-03-07      阅读:1344

  如何评价一篇好文章?创新性和可信性才是关键标准,而非所用技术手段的复杂程度。近期,《Nature》发表的一篇文章,仅仅采用了两种主要技术手段便一气呵成。今天,就让陈老师带大家一探究竟。
 
  人类免疫缺陷病毒(HIV)的感染是导致艾滋病的原因,HIV要实现复制和传播,需要将遗传物质传递到细胞核内并整合进染色体中。近日,马克斯-普朗克研究所与麻省理工学院合作发表的一篇《Nature》文章[1],揭示了HIV是如何进入核孔的。研究首先指向了核孔复合物(NPC),它由约30种不同的核孔蛋白(Nup)构建而成,其中包括约10种所谓的FG-Nup,它们将形成屏障的苯丙氨酸-甘氨酸(FG)重复结构域锚定到NPC支架上,呈凝胶状,被称为FG相(FG phase)。这种FG相填充在核孔中,通常只允许核转运蛋白(NTR)通过,然而研究发现,HIV衣壳也可以滑过核孔的FG相

 图1. NTR和HIV通过NPC示意图

 
  这篇发表在《Nature》杂志的文章所用的技术手段非常简单,主要通过激光共聚焦对核膜与HIV进行共定位,并利用Octet®非标记分子互作分析系统检测HIV衣壳蛋白CA和核孔蛋白(Nups)之间的分子相互作用。这两种技术一表型功能,一内在机制,二者相辅相成。特别是Octet®系统的分子互作数据,占据了文章相当的篇幅。
 
  该文中关于Octet®分子互作的实验设计方案堪称教科书级别,值得我们一同细细品味
 
  在Octet®实验方法中,研究者们将来自五种不同Nups(Nup98、62、58、50和358)的八个FG结构域固定在链霉亲和素传感器上,将二硫键稳定的CA六聚体作为分析物。

 图2.Octet®实验方法示意图

 
  验证Octet®实验可行性之  1  
 
  分析物阳参对照设置
 
  importin β超家族的成员是最大的核转运蛋白(NTR) 类,允许NTR及其货物复合物以非常高的分配系数进入核膜,所以原则上NTR是与FG Nup结合的理想阳性对照。

 图3. Octet®结果显示:分析物importin β可以和含有FG结构域的Nup结合,其亲和力类似

 
  验证Octet®实验可行性之  2  
 
  固化物阳性对照和阴性对照设置
 
  据文献报道,CA可以和Nup153和CPSF6结合,所以Nup153和CPSF6可以成为良好的固化物的阳性对照。当然,与无关的固化物阴性对照Nesprin2没有结合。

 
 图4. 左图:固化物Nup153与分析物CA六聚体的结合
中图:固化物CPSF6与分析物CA六聚体的结合
右图:固化物Nesprin2与分析物CA六聚体的结合

 
  可行性确认后,验证CA六聚体与不同Nups的结合强弱及状态。
 
  CA六聚体可以与富含FG结构域的不同家族Nups快速动态结合,并且与分析物阳性对照Nup153和CPSF6亲和力相似,也与importin β亲和力相似。因此,CA六聚体可以广泛的与FG重复序列的Nups结合。

 图5. CA六聚体与所有富含FG结构域的Nups结合,并且结合速率较快

 
  结合特异性验证(分析物阴性对照)
 
  Octet®检测发现FG结构域的Nups与CA-N57A突变(该突变会阻碍与Nup153和CPSF6的FG基序的相互作用)的亲和力减弱。

 图6. 黑色虚线是突变体CA-N57A的亲和力,与未突变相比,亲和力大大降低。

 
  基于生物层干涉技术的Octet®非标记分子互作系统是这篇《Nature》文章揭示分子机理的关键方法。一方面,因为在固化物和分析物上各种对照让结果更可信外,另一方面还因为Octet®系统具有以下优点:

  •  非标记Direct binding是趋势,结果更准确
 
  •  快速测定亲和力,更加定量化地表征分子互作
 
  •  无洗涤步骤,可测弱亲和力(解离快);本文的分子互作的解离都比较快,用传统的pull-down技术可能会被洗掉,导致假阴性结果
 
  •  写入了美国药典,文章多,认可度广
 
  •  万金油技术,可以用与检测DNA,小分子,蛋白质等各种生物分子
 
  •  操作简便,耗材及维护成本低
 
    只要把Octet®做透,发好文章不是难题!

  -参考文献-
 
  [1] HIV-1 capsids enter the FG phase of nuclear pores like a transport receptor.Nature,2024
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