利用ProteOn XPR36分析蛋白與小分子相互作用

     很多小分子化合物具有特殊的活性基團(tuán)，可以結(jié)合某些特定的蛋白或核酸，激發(fā)或者抑制生物大分子的活性，從而影響生命的過程。人體內(nèi)種類繁多的維生素類、輔酶等物質(zhì)就是這些活性小分子化合物。在藥物方面，有很多藥都是一些有著特殊活性的小分子化合物，分子量從200 Dalton到數(shù)千Dalton。因此，小分子藥物篩選、優(yōu)化和藥物機(jī)理研究成為了制藥和藥理學(xué)研究的重點(diǎn)。目前關(guān)于這方面研究的手段，從不同的目的出發(fā)有不同的方法。但如果要測定某些化合物和靶蛋白之間的相互作用動力學(xué)和親和力，最好的辦法非SPR技術(shù)莫屬。
     ProteOn XPR36蛋白相互作用陣列系統(tǒng)是Bio-Rad公司2007年隆重推出的新一代SPR生物傳感器。它具有6×6的芯片格式，可以在芯片上同時(shí)或分次固定6種蛋白（ligand），然后化合物（analyte）以6種不同的濃度平行地流過所有l(wèi)igand，36對相互作用的反應(yīng)曲線同時(shí)記錄，同時(shí)分析。只需一次進(jìn)樣就可以分析一種藥物和多種不同靶蛋白之間相互作用的動力學(xué)和親和力常數(shù)。這種分析方法不僅大大提高了分析速度，而且由于分析的時(shí)候多個(gè)濃度、多個(gè)不同的ligand和analyte是在完全相同條件下反應(yīng)的，得到的結(jié)果最準(zhǔn)確，重復(fù)性也最好。
     ProteOn XPR36系統(tǒng)分析小分子化合物采用靈敏度最高的GLH芯片。這種芯片的基質(zhì)較長，羧基位點(diǎn)較多，因此能結(jié)合較多的ligand蛋白，而且蛋白活性保持較好。這樣的芯片能夠產(chǎn)生較高的反應(yīng)信號，非常適合分析小分子化合物。以下是使用該款芯片分析蛋白和小分子化合物相互作用的幾個(gè)例子：

CAII蛋白和小分子抑制劑的相互作用：
首先將CAII蛋白標(biāo)記在GLH芯片上。采用氨基偶聯(lián)，將CAII蛋白用pH 5.0的NaAc溶解，標(biāo)記在芯片上，可達(dá)21,200 RU。待基線穩(wěn)定后再上小分子抑制劑溶液。待反應(yīng)全部結(jié)束后，用ProteOn Manager軟件分析結(jié)果。這些小分子抑制劑的名稱、分子量、反應(yīng)最高濃度和結(jié)果等信息見下表，反應(yīng)曲線見下圖：

名稱	MW	反應(yīng)最高濃度（mM）	ka (1/Ms)	kd (1/s)	KD (M)	Rmax (RU)
Sulpiride	341	250	2.52×103	0.26	1.0×10-4	188
Sulfanilamide	172	50	2.40×104	0.12	4.8×10-6	112
Furosemide	331	50	5.15×104	0.04	7.1×10-7	180
CBS	201	50	2.83×104	0.03	1.2×10-6	105
Dansylamide	250	10	1.33×105	0.09	6.5×10-7	105
1,3-benzene- disulfonamide	236	10	1.11×105	0.09	8.1×10-7	99
Benzenesulfonamide	157	50	1.17×105	0.12	1.0×10-6	114
7-fuoro-2,1,3-benzoxadiazole- 4-sulfonamide	217	2	4.64×105	0.01	2.8×10-8	82
Acetazolamide	222	2	9.28×105	0.02	2.6×10-8	99
Methylsulfonamide	95	2,500	-	-	3.2×10-4	22

     以上實(shí)驗(yàn)用的小分子化合物分子量非常小，因而信號比大分子蛋白要低很多。GLH芯片通過增大標(biāo)記量，有效地提高了反應(yīng)的信號，而且得到的結(jié)果與前人用傳統(tǒng)的芯片分析得到的結(jié)果均相符。同時(shí)需要指出，所有這些反應(yīng)，都是在一兩天的時(shí)間內(nèi)完成的，大大縮短了分析時(shí)間。

CAII蛋白的標(biāo)記活性測定
      在小分子化合物檢測中，作為ligand的蛋白活性對于檢測的靈敏度影響非常大。很多人在做SPR實(shí)驗(yàn)的時(shí)候往往都會忽視這個(gè)問題，因?yàn)樵S多實(shí)驗(yàn)都不像SPR對蛋白活性如此敏感。在上面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，如果蛋白活性喪失超過1/2，很難想象還如何檢測到這么小分子量的化合物�？蓡栴}在于，氨基偶聯(lián)幾乎不可避免地會造成蛋白活性的降低，主要原因可能是部分蛋白的活性位點(diǎn)被芯片上的基質(zhì)所覆蓋。為此，我們又設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，就是根據(jù)許多化合物和CAII相互作用的Rmax值，推算GLH芯片上有活力的蛋白信號，最后和標(biāo)記時(shí)直觀看到的標(biāo)記信號做一個(gè)比較，就可以計(jì)算出蛋白標(biāo)記后的活力占總蛋白的比例。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)的方法是，把CAII蛋白標(biāo)記在GLH芯片和一種傳統(tǒng)基質(zhì)的芯片上，分別測定一系列化合物反應(yīng)的Rmax值，然后根據(jù)兩個(gè)分子的分子量和結(jié)合比，推算出蛋白的活性。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)測得的蛋白活性都不完全一樣，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，可以得到活性的平均值。見下圖：

 
     上圖中，我們可以看到，GLH芯片上蛋白活性較高，達(dá)到了85%，而傳統(tǒng)芯片上蛋白活性只有46%，也就是說，一大半蛋白在標(biāo)記的過程中喪失了活性。GLH芯片上的蛋白活性高，意味著能結(jié)合analyte的分子更多，產(chǎn)生的信號更高，靈敏度也就更高。