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酵母單雜交技術(shù)的原理、基本操作和用途

點擊次數(shù):1509 發(fā)布時間:2016-9-7

酵母單雜交技術(shù)是一種研究蛋白質(zhì)和特定DNA序列相互作用的技術(shù)方法,主要包括四個流程即:一、篩選還有報告基因的酵母單細胞株;二、構(gòu)建表達文庫;三、重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)化至酵母細胞;四、陽性克隆菌株的篩選。

1.酵母單雜交的基本原理

酵母單雜交技術(shù)是1993年由酵母雙雜交技術(shù)發(fā)展而來的,其基本原理為:真核生物基因的轉(zhuǎn)錄起始需轉(zhuǎn)錄因子參與,轉(zhuǎn)錄因子通常由一個DNA特異性結(jié)合功能域和一個或多個其他調(diào)控蛋白相互作用的激活功能域組成,即DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DNA—bindingdomain,BD)和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域(activationdomain,AD)。用于酵母單雜交系統(tǒng)的酵母GAL4蛋白是一種典型的轉(zhuǎn)錄因子,GAL4的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域靠近羧基端,含有幾個鋅指結(jié)構(gòu),可激活酵母半乳糖苷酶的上游激活位點(UAS),而轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域可與RNA聚合酶或轉(zhuǎn)錄因子TFIID相互作用,提高RNA聚合酶的活性。在這一過程中,DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域可*獨立地發(fā)揮作用。據(jù)此,我們可將GAL4的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域置換為文庫蛋白編碼基因,只要其表達的蛋白能與目的基因相互作用,同樣可通過轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域激活RNA聚合酶,啟動下游報告基因的轉(zhuǎn)錄。

酵母單雜交技術(shù)的原理、基本操作和用途
酵母單雜交原理示意圖

2.酵母單雜交技術(shù)的特點

酵母單雜交體系自1993年由Wang和Reed創(chuàng)立以來,在生物學(xué)研究領(lǐng)域中已經(jīng)顯示出巨大的威力。應(yīng)用酵母單雜交體系已經(jīng)驗證了許多已知的DNA與蛋白質(zhì)之間的相互作用,同時發(fā)現(xiàn)了新的DNA與蛋白質(zhì)的相互作用,并由此找到了多種新的轉(zhuǎn)錄因子。近來,已有應(yīng)用酵母單雜交體系進行疾病診斷的研究報道。隨著酵母單雜交體系的不斷發(fā)展和完善,它在科研、醫(yī)療等方面的應(yīng)用將會越來越廣泛。采用酵母單雜交體系能在一個簡單實驗過程中,識別與DNA特異結(jié)合的蛋白質(zhì),同時可直接從基因文庫中找到編碼蛋白的DNA序列,而無需分離純化蛋白,實驗簡單易行。由于酵母單雜交體系檢測到的與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)是處于自然構(gòu)象,克服了體外研究時蛋白質(zhì)通常處于非自然構(gòu)象的缺點,因而具有很高的靈敏性。目前,多種酵母單雜交體系的試劑盒和相應(yīng)的cdna文庫已經(jīng)商品化,為酵母單雜交體系的使用提供了有利的條件。

但酵母單雜交也存在以下缺點:有時由于插入的靶元件與酵母內(nèi)源轉(zhuǎn)錄激活因子可能發(fā)生相互作用,或插入的靶元件不需要轉(zhuǎn)錄激活因子就可以激活報告基因的轉(zhuǎn)錄,因此往往產(chǎn)生假陽性結(jié)果。如果酵母表達的AD融合蛋白對細胞有毒性,或融合蛋白在宿主細胞內(nèi)不能穩(wěn)定地表達,或融合蛋白發(fā)生錯誤折疊,或者不能定位于酵母細胞核內(nèi),以及融合的Gal4AD封閉了蛋白質(zhì)上與DNA相互作用的位點,則都可能干擾AD融合蛋白結(jié)合于靶元件的能力,從而產(chǎn)生假陰性結(jié)果。

3.酵母單雜交的基本操作過程

(1)設(shè)計含目的基因(稱為誘餌)和下游報告基因的質(zhì)粒,并將其轉(zhuǎn)入酵母細胞。

(2)將文庫蛋白的編碼基因片段與GAL4轉(zhuǎn)錄激活域融合表達的cDNA文庫質(zhì)粒轉(zhuǎn)化人同一酵母中。

(3)若文庫蛋白與目的基因相互作用,可通過報告基因的表達將文庫蛋白的編碼基因篩選出來。在這里作為誘餌的目的基因就是啟動子DNA片段,文庫基因所編碼的蛋白就是啟動子基因結(jié)合蛋白。

4.酵母單雜交技術(shù)的用途

迄今為止,應(yīng)用酵母單雜交體系已經(jīng)識別并驗證了許多與目的DNA序列結(jié)合的蛋白質(zhì),同時單雜交技術(shù)還被應(yīng)用于識別金屬反應(yīng)結(jié)合因子。正向與反向單雜交體系的結(jié)合,還可用于篩選阻礙DNA與蛋白質(zhì)相互作用的突變的單個核苷酸。

目前,在研究DNA—蛋白質(zhì)相互作用中,酵母單雜交體系主要有以下3種用途:①確定已知DNA—蛋白質(zhì)之間是否存在相互作用;②分離結(jié)合于目的順式調(diào)控元件或其他短DNA結(jié)合位點蛋白的新基因;③定位已經(jīng)證實的具有相互作用的DNA結(jié)合蛋白的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域,以及準確定位與DNA結(jié)合的核苷酸序列。

酵母單雜交是在酵母雙雜交的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的技術(shù),酵母單雜交主要用于研究蛋白質(zhì)和DNA的相互作用,而酵母雙雜交主要是用于研究蛋白質(zhì)間的相互作用。

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