内容简介
蛋白质组学这一领域刚开始趋于成熟,而开展蛋白质组学研究首先要把蛋白质从复杂的大分子混合物中分离纯化出来。为此,需要经过验证并值得信赖的蛋白质分离纯化方案以用于蛋白质组学研究。
原著“Purifying Protein s for Proteomics:A Laboratory Manual”由国际专家专家Richa rd J.Simpson联合全球知名的专业实验室共同撰写,著名的美国冷泉港实验室出版社(Cold Spring Harbor Laboratory P ress)推出,是《蛋白质与蛋白质组学实验指南》的姐妹篇。
以蛋白质组学中的蛋白质纯化为核心。《蛋白质组学中的蛋白质纯化手册》的主要内容有:
★蛋白质纯化和蛋白质组学的各种实用技术。包括专门用于蛋白质组学研究的制备技术、色谱方法和电泳技术,用于结构蛋白质组学研究的蛋白质纯化分析技术等
★上述各种技术方法的背景资料、理论、实验方案、疑难解答以及相关的支持性信息和参考资料
《蛋白质组学中的蛋白质纯化手册》尽可能完全地罗列了各种实验方案,可供不同规模实验室的研究者选择应用。在介绍每一个实验方案时,以“step-by-step”操作指南的形式逐步展开,详细列出实验仪器、试剂及操作步骤,并针对常见问题给出经验性的提示或解决方案。
毫无疑问,对于蛋白质化学、生物化学的研究人员在蛋白质组学这一新兴领域寻求新的技术方法,《蛋白质组学中的蛋白质纯化手册》是一部必备的实验指南。而对于遗传学、细胞生物学、分子生物学研究人员开展表型和细胞功能研究,以及医学和生物工程领域开展蛋白质相关研究,《蛋白质组学中的蛋白质纯化手册》也是基本的实验工具书。
内页插图
目录
第1部分:供蛋白质组学分析的蛋白样品制备
第1章 分离科学在蛋白质组学中的作用
1.1 制备纯化蛋白:蛋白质微阵和结构蛋白质组学的瓶颈
1.2 以质谱为基础的蛋白质鉴定
1.3 蛋白质组学所面临的一个关键技术的挑战:减少样品的复杂性
1.4 本书的概述
参考文献
选读文献
网络资源
第2章 蛋白质的纯化策略
2.1 挑战
2.2 蛋白质的量和纯度要求
2.3 重组蛋白通常能简化纯化过程
2.4 可根据蛋白质的内在特性来分离蛋白质
2.5 设计蛋白质纯化方案
2.6 应用:膜相关抗原A33的纯化
参考文献
选读文献
第Ⅱ部分:蛋白质组学中制备蛋白样品的色谱方法
第3章 蛋白质和肽纯化的色谱方法导论
3.1 基本概念
3.2 色谱·眭能
实验方案
方案1轻拍一填装法干式填装刚性固体柱
色谱术语表
参考文献
选读文献
网络资源
第4章 全蛋白的多维色谱
4.1 MDLC用于蛋白质分级分离的目的
4.2 策略
4.3 主要文献概述
4.4 MDLc的理论参数
4.5 色谱模式:正交性与相容性
4.6 与其他技术的性能比较
4.7 MDLC的常见问题
4.8 发展潜力
4.9 样品处理方案:SEC/反相色谱法分离大肠杆菌蛋白
4.10 研究实例:MDLC分析酵母蛋白提取物
4.11 结论
参考文献
第5章 可溶性重组蛋白的高通量筛选
5.1 引言
实验方案
方案1 设计平行克隆表达载体
方案2 平行克隆所用载体的制备
方案3 黏末端PcR产物的制备和消化载体的连接
方案4 把DNA转化到细菌中
方案5 诱导和筛选可溶性融合蛋白
参考文献
第6章 离子交换色谱
6.1 IEC利用了分子间的静电力
6.2 几种IEC的模式
6.3 IEC中缓冲液的选择很重要
6.4 离子交换介质和色谱分离装置
实验方案
方案1 离子交换柱的选择
方案2 离子交换柱的制备
方案3 用IEC分离蛋白质
IEC柱的清洗
IEC的优化和常见问题
参考文献
网络资源
离子交换介质的供应商
第7章 尺寸排阻色谱
7.1 小分子更易进入凝胶介质间的空隙
7.2 分配系数Kd和有效分配系数K描述了溶质在特定凝胶中的洗脱情况
7.3 SEC分离相似形状分子的能力取决于凝胶的选择范围
7.4 分子的形状对其洗脱时间的影响
7.5 影响洗脱蛋白分辨率的因素
7.6 SEC在纯化方案中的作用
7.7 SEC中缓冲液、溶液和试剂的配制
7.8 SEC中蛋白样品和肽样品的预处理
7.9 SEC液相色谱装置
7.10 利用SEC分离纯化的例子
实验方案
方案1 尺寸排阻色谱柱的填装
方案2 尺寸排阻色谱的制备
附加方案:分析性尺寸排阻色谱
方案3 用尺寸排阻色谱进行蛋白质的脱盐和缓冲液的更换
柱的清洗和保养操作
关于SEC的常见问题
参考文献
第8章 反相高效液相色谱在蛋白质分离和纯化中的应用
8.1 :RP-HPLC的特点与机制
8.2 分离机制
8.3 RP-HPLC基于“疏水脚”的细微差异分离多肽
8.4 RP-HPLC柱的特点与操作
8.5 流动相
8.6 温度
8.7 表面活性剂对反相分离的影响
8.8 在质谱鉴定前用RP-HPLC分级分离多肽
8.9 RP.HPLC常见问题指南
实验方案
方案1 RPHPLC分离蛋白质的标准色谱条件
方案2 RP-HPLC分离多肽的标准色谱条件
参考文献
选读文献
网络资源
第9章 疏水相互作用色谱
9.1 HIC与RP-HPLC的区别
9.2 HIC的基本原理
9.3 实验的影响因素
实验方案
方案1 用HIC分离蛋白质
参考文献
第10章 亲和色谱与免疫亲和色谱
10.1 亲和色谱的实际应用
10.2 凝集素亲和色谱
10.3 配基亲和色谱
10.4 免疫亲和色谱
10.5 DNA亲和色谱
10.6 共价色谱
10.7 采用巯基一二硫键互换反应的共价色谱
实验方案
方案1 凝集素一琼脂糖凝胶亲和色谱
方案2 蛋白质配基亲和色谱
方案3 制备抗体亲和树脂过程中抗体的定位
方案4 DNA亲和柱的制备
方案5 DNA亲和色谱
方案6 从仅被混有不可逆失活的亚磺酸氧化产物中以可逆失活混合的二硫化物形式纯化木瓜蛋白酶
方案7 以琼脂糖一谷胱甘肽一2一吡啶二硫化物凝胶作为填料的共价色谱
方案8 使用活化的Thiopropyl一Sepharose6B凝胶的共价色谱
参考文献
网络资源
第11章 蛋白质组学研究中的染料配基亲和色谱
11.1 方法的设计和优化
11.2 染料配基吸附剂的再生和储存
实验方案
方案1 染料在多羟基介质中的固定化
附加方案:固定化配基浓度的测定
方案2 通过结合目的蛋白的能力来筛选固定化染料
方案3 吸附条件的优化
方案4 洗脱条件的优化
方案5 分批式试管法计算吸附剂的有效容量
方案6 用染料配基亲和色谱纯化蛋白
11.3 研究实例:使用CibacronBlue3GA-Sepharose亲和吸附剂纯化重组甲酸脱氢酶
参考文献
第12章 固定化金属离子亲和色谱
12.1 IMAC的基本原理
12.2 IMAC的基本操作
12.3 IMAC最常用于纯化带多聚组氨酸标签的蛋白质
12.4 目的蛋白性质未知时可使用IMA
12.5 磷蛋白和磷酸肽的分离
实验方案
方案1 IMAC预装柱的准备
第13章 用羟磷灰石进行蛋白质色谱
第14章 色谱聚焦
第Ⅲ部分:蛋白质组学中制备蛋白样品的电泳方法
第15章 电泳分离蛋白质策略导论
第16章 双向凝胶电泳分离蛋白质
第17章 在MCE中通过等电位分段法进行高分辨率双向凝胶电泳来制备样品
第18章 一种电泳纯化蛋白质的方法:GradiflowBF400仪
第19章 用自由流动电泳技术纯化蛋白质
第Ⅳ部分:用于结构蛋白质组学的纯化蛋白的分析
第20章 已纯化蛋白质鉴定方法导论
第21章 用质谱测定蛋白质的特性
第22章 分析超速离心:蛋白质大小、构象和相互作用
第23章 蛋白质构象稳定性的测定
第24章 表面等离子体共振与质谱联用:鉴定结合配体及描述相互作用
第25章 糖蛋白中糖的分析
附录1 蛋白质结构概述
附录2 蛋白质浓度的测定
附录3 蛋白质溶液的浓缩
附录4 蛋白质的储存稳定性
附录5 单向聚丙烯酰胺凝胶电泳
附录6 疑难问题解决指南
附录7 注意事项
索引
精彩书摘
如果一个蛋白质的结构不能从其氨基酸序列来得以精确的预测,那么,我们如何能在一定水平上搜索到有关其功能方面的详细知识呢?在不久的将来,至少能通过下面的方式得到答案,即将目的蛋白纯化到足够程度并获得足够量,以允许对其生物化学和结构进行精细的分析。如果研究者有一个好的纯化方案可以遵循,那是非常幸运的。事实上,更多的时候不是这样的,而是要修改已有的纯化方案,甚至要重新做一个方案。本章概述了在设计纯化方案时需要考虑的因素以及在蛋白质纯化中某些新的和令人振奋的发展。各种蛋白质分离形式的理论和应用细节将在后面的章节中叙述。
如果考虑到生物基质(如细胞或组织提取物)中存在复杂的大分子混合物时,那么蛋白质纯化面临的挑战就不言而喻了。由双向凝胶电泳获得的人上皮细胞蛋白质谱(表达谱)就证明了这种复杂性(图2.1)。在特定的细胞中,除感兴趣的蛋白质(目的蛋白)外,还存在几千种具有不同性质的其他蛋白质(保守估计为5000~8000种),连同一起的还有非蛋白质物质,如DNA、RNA、多糖和脂类。即使是蛋白质,它们在细胞中的量也不同。某种高丰度的细胞骨架蛋白(如肌动蛋白)在细胞提取物中可能占到蛋白质总量的10%。另一种极端的例子是某种稀少的转录因子可能以非常低的水平(
前言/序言
创新药物发现与开发:从靶点识别到临床前研究 本书旨在为药物研发领域的科研人员、生物技术专家以及制药行业的专业人士提供一份全面、深入的指南,聚焦于创新药物从早期发现到临床前研究阶段的关键技术、策略和挑战。 本书并非一本关于蛋白质纯化技术的专业手册,而是着眼于整个药物研发流程的宏观视角,深入探讨如何将基础生物学研究的发现转化为具有临床潜力的候选药物。我们将从最基础的药物靶点识别与验证开始,逐步深入到先导化合物的发现、优化,直至最终的临床前安全性及有效性评估。 第一部分:药物靶点识别与验证的策略革新 本部分详述了现代药物研发领域中,如何利用前沿的生物学工具和信息学方法来锁定具有治疗潜力的分子靶点。 1. 疾病机制理解与靶点筛选 成功的药物研发始于对疾病分子机制的深刻理解。我们将详细分析癌症、神经退行性疾病、自身免疫性疾病等复杂疾病领域中,最新的基因组学、转录组学和代谢组学研究如何揭示新的、尚未被充分开发的药物靶点。 高通量筛选技术在新靶点发现中的应用: 重点介绍CRISPR/Cas9介导的全基因组筛选、酵母双杂交(Y2H)文库筛选以及基于细胞表的蛋白质组学方法(如Activity-Based Protein Profiling, ABPP)如何快速、无偏倚地识别与疾病表型相关的关键蛋白。 可成药性(Druggability)评估: 强调靶点结构生物学特征(如口袋深度、柔性、表面可及性)对后续小分子或生物制剂设计的重要性。我们将探讨结构信息如何指导靶点选择,避免进入“死胡同”。 2. 靶点验证的严谨性:功能学与临床相关性 识别靶点仅仅是第一步,验证其在疾病生理中的核心作用至关重要。本章将侧重于构建可靠的体内外(In Vivo/In Vitro)验证模型。 基因编辑技术在功能验证中的应用: 深入讨论使用条件性敲除(如Cre-LoxP系统)和定点突变模型来模拟人类疾病状态,精确评估靶点失活或激活对疾病进程的影响。 类器官与人体系统模型(Organ-on-a-Chip): 探讨如何利用先进的3D细胞培养技术和微流控平台,建立更接近人体生理环境的疾病模型,以提高靶点验证的生理相关性。 第二部分:先导化合物的发现与优化:从“苗头”到“铅” 一旦靶点被确证,下一步就是寻找能够有效调节该靶点的分子实体。本部分聚焦于高效的化合物发现流程,并详细阐述如何通过结构优化提升药物分子的各项性能。 3. 高效筛选与化合物库管理 本章详细介绍了大规模筛选策略及其在发现初始活性化合物(Hits)中的作用。 基于高内涵成像(HCI)的筛选: 探讨如何利用自动化显微成像技术,从形态学、细胞骨架变化等多个维度获取比传统单一指标更丰富的信息,以识别具有新颖作用机制的化合物。 化学多样性与选择性: 分析如何构建具有高化学空间覆盖率的化合物库,以及在初筛阶段如何快速排除脱靶活性(Off-target Activity)和非特异性抑制剂。 4. 结构优化:ADMET与药效学(PD)的平衡 从活性“苗头”(Hit)到具有临床潜力的“先导化合物”(Lead)是一个迭代和权衡的过程。本部分侧重于优化化学结构以改善药物的药代动力学性质和降低毒性。 构效关系(SAR)的迭代深化: 介绍现代计算化学和定量构效关系(QSAR)模型如何指导化学家进行精确的结构修饰,以提升效价(Potency)和选择性。 早期ADMET预测与筛选: 强调在发现阶段即引入对吸收(Absorption)、分布(Distribution)、代谢(Metabolism)、排泄(Excretion)和毒性(Toxicity)的预测性评估。具体讨论膜渗透性模型、细胞色素P450酶抑制/诱导的体外预测方法,以及如何规避潜在的肝毒性和心脏毒性风险(如hERG通道阻断)。 第三部分:生物制剂(Biologics)的开发前沿 随着靶向疗法和免疫疗法的兴起,生物大分子药物(如抗体、多肽、重组蛋白)已成为药物研发的重要组成部分。本部分专门探讨生物制剂开发的独特挑战与机遇。 5. 单克隆抗体的工程化设计 本章详细解析了现代抗体工程学的关键技术,包括如何提高抗体的亲和力、降低免疫原性并实现靶向递送。 亲和力成熟与人源化: 介绍噬菌体展示、酵母展示和核糖体展示等技术在优化抗体结合常数(Kd)中的应用,以及如何通过结构修饰实现从非人源抗体到临床级人源化抗体的转化。 新型抗体结构: 探讨双特异性抗体(BsAbs)、抗体偶联药物(ADCs)以及抗体片段药物(如Nanobodies)的设计原理、优势与生产挑战。 6. 免疫疗法的机制设计与前体评估 免疫检查点抑制剂和细胞疗法(CAR-T/TCR-T)的成功引发了对新型免疫调节剂的巨大需求。 激活与抑制性免疫通路靶点: 分析新的共刺激分子和免疫抑制分子(如LAG-3, TIGIT)的结构特点及其作为药物靶点的潜力。 细胞疗法的工程化: 讨论如何设计更稳定、更具体内持久性的T细胞受体(CAR),以及如何克服T细胞耗竭和实体瘤微环境带来的治疗障碍。 第四部分:临床前评估与转化医学的桥梁 本部分关注如何设计严谨的临床前研究,为新药进入人体临床试验提供充分的安全性和有效性数据支持。 7. 药理学与毒理学评估的优化 临床前阶段是药物研发中成本最高、风险最大的环节之一。本章强调使用更具预测性的模型来减少临床失败率。 PK/PD建模与剂量设计: 介绍如何利用药代动力学(PK)与药效学(PD)数据建立耦合模型,以预测人体剂量范围,并确定最佳给药频率。 早期毒理学信号的识别: 重点介绍利用基因毒性、遗传毒性、安全性药理学(如心血管和中枢神经系统安全评估)的综合体系,以提前识别潜在的脱靶毒性。 8. 转化医学中的生物标志物策略 生物标志物是连接基础研究、临床前测试和人体临床试验的“翻译工具”。 机制生物标志物与疗效预测: 讨论如何利用靶点占有率(Target Occupancy)的生物标志物(如PET成像配体或可检测的代谢物)来量化药物活性,并预测患者对治疗的反应。 临床试验设计中的生物标志物整合: 介绍如何利用伴随诊断(Companion Diagnostics)指导患者分层,提高I期和II期临床试验的成功率。 本书通过对这些核心环节的系统性阐述,旨在指导研发人员克服当前药物发现和开发中遇到的复杂技术瓶颈,加速具有高临床价值的创新疗法进程。全书结构严谨,内容聚焦于方法学的前沿进展与其实际应用,是药物研发人员不可或缺的参考工具书。