第四章目的基因的获得酵母双杂交课件.ppt
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1、第1页,此课件共58页哦 酵母双杂交系统是在真核模式生物酵母双杂交系统是在真核模式生物酵母酵母中进行的,研中进行的,研究究活细胞内活细胞内蛋白质相互作用,对蛋白质之间微弱的、瞬蛋白质相互作用,对蛋白质之间微弱的、瞬间的作用也能通过间的作用也能通过报告基因报告基因的表达产物敏感地检测得到的表达产物敏感地检测得到。一、酵母双杂交系统简介一、酵母双杂交系统简介 它是一种具有它是一种具有很高灵敏度很高灵敏度的研究蛋白质之间关系的技的研究蛋白质之间关系的技术。术。该技术既可用来研究该技术既可用来研究哺乳动物哺乳动物基因组编码的蛋白质之基因组编码的蛋白质之间的相互作用,也可用来研究间的相互作用,也可用来研
2、究高等植物高等植物基因组编码的蛋白质基因组编码的蛋白质之间的相互作用。之间的相互作用。第2页,此课件共58页哦二、酵母双杂交系统的建立二、酵母双杂交系统的建立第3页,此课件共58页哦 该系统的建立是基于对真核生物该系统的建立是基于对真核生物调控转录起始调控转录起始过程的认过程的认识。真核生物基因转录需要识。真核生物基因转录需要反式转录激活因子反式转录激活因子的参与,真核的参与,真核生长转录因子含有两个不同的结构域:生长转录因子含有两个不同的结构域:转录激活因子转录激活因子DNA结合结构域结合结构域(BD)(DNA binding domain)转录激活结构域转录激活结构域(AD)(activa
3、tion domain)1989年美国纽约州立大学的年美国纽约州立大学的Fields和和Song首先描述了酵母首先描述了酵母双杂交系统双杂交系统(yeast two-hybrid system)。第4页,此课件共58页哦 这两个结构域各具功能,互不影响,单独存在这两个结构域各具功能,互不影响,单独存在时没有转录激活的功能,只有两者通过时没有转录激活的功能,只有两者通过共价或非共共价或非共价键连接建立起来的空间结构价键连接建立起来的空间结构方可表现出一个完整方可表现出一个完整的激活特定基因表达的激活因子的功能。的激活特定基因表达的激活因子的功能。第5页,此课件共58页哦第6页,此课件共58页哦
4、两个结构域中的两个结构域中的BD由位于由位于N-末端的末端的1147位多肽构成位多肽构成,能识别位于能识别位于Gal4基因的上游激活序列基因的上游激活序列(upstream activation sequence,UAS)。此外,在其此外,在其N-端还具有一段端还具有一段核定位序列核定位序列。AD由位于由位于C-末端的末端的768881位多肽构成。位多肽构成。Gal4的两个结构域位于不同肽链上,只要它们在空间上的两个结构域位于不同肽链上,只要它们在空间上充分接近,则能恢复充分接近,则能恢复Gal4作为转录因子的活性。作为转录因子的活性。Gal4为酵母为酵母半乳糖苷酶基因半乳糖苷酶基因gal1的
5、的转录激活因子转录激活因子,天然的,天然的Gal4分子是由一条由分子是由一条由881个氨基酸残基个氨基酸残基组成的多肽链。组成的多肽链。第7页,此课件共58页哦 Fields和和Song将两个融合蛋白分别构建在穿梭质将两个融合蛋白分别构建在穿梭质粒上,一个是将粒上,一个是将Gal4的的DNA-BD与酵母蛋白与酵母蛋白SNF1融融合;另一个是将合;另一个是将Gal4的的AD和酵母蛋白和酵母蛋白SNF4融合。融合。其中,其中,SNF1是一种丝氨酸是一种丝氨酸/苏氨酸的蛋白激酶,苏氨酸的蛋白激酶,SNF4是它的一个结合蛋白,是它的一个结合蛋白,这两种蛋白是已知可以这两种蛋白是已知可以相互作用的。相互
6、作用的。第8页,此课件共58页哦 当两种穿梭质粒共转化含有当两种穿梭质粒共转化含有Gal4结合位点的报告基因结合位点的报告基因LacZ的酵母菌株的酵母菌株后,通过后,通过SNFl与与SNF4的相互作用,的相互作用,Gal4的的DNA-BD与与Gal4的的AD靠近靠近,形成一个大的复合物形成一个大的复合物Gal4BD-SNF1-SNF4-Gal4-AD。Gal4的的DNA-BD可识别位于可识别位于Gal4效应基因的效应基因的UAS,并可,并可与之结合;与之结合;Gal4的的AD则可与转录复合物中其他成分结合,激活则可与转录复合物中其他成分结合,激活UAS下游报告基因下游报告基因LacZ的转录。的
7、转录。第9页,此课件共58页哦三、酵母双杂交系统的原理三、酵母双杂交系统的原理ADYADYXDNA-BDGAL4 UASPromoterlacZ(or HIS)reporter genetranscriptionGAL4 UASPromoterlacZ(or HIS)reporter geneGAL4 UASPromoterlacZ(or HIS)reporter geneXDNA-BD第10页,此课件共58页哦许多真核生物的许多真核生物的转录激活因子转录激活因子都是由两个在都是由两个在结构结构上可以分开上可以分开的、的、功能上也相互独立的结构域功能上也相互独立的结构域组成。组成。1.结构域(
8、结构域(Domain)合作)合作第11页,此课件共58页哦例如:例如:啤酒酵母的啤酒酵母的半乳糖苷酶半乳糖苷酶基因激活因子基因激活因子GAL4:DNA binding domainActive domainNC1-147aa768-881aa上游激活序列(上游激活序列(UAS)转录激活转录激活GAL4效应基因效应基因结合结合结合结合激活转录激活转录实验发现:实验发现:转录表达转录表达只要只要DNA binding domain(DNA-BD)与与Active domain(AD)靠近就能激活转录。)靠近就能激活转录。第12页,此课件共58页哦DNA binding domainActive d
9、omain上游激活序列(上游激活序列(UAS)转录激活转录激活GAL4效应基因效应基因结合结合用重组用重组DNA技术把技术把GAL4的两个的两个Domain分开,就分开,就丧丧失失了激活效应基因的能力。了激活效应基因的能力。不能转录不能转录第13页,此课件共58页哦用重组用重组DNA技术把这两个技术把这两个Domain分别与两个不同的分别与两个不同的多肽连接。多肽连接。Active domain蛋白蛋白A蛋白蛋白BDNA binding domain在体内,蛋白在体内,蛋白A与蛋白与蛋白B是否能结合。是否能结合。第14页,此课件共58页哦GAL4的的BD domain与与AD Domain也不
10、能靠近,也不能靠近,所以所以仍然不能启动效应基因的转录。仍然不能启动效应基因的转录。(1)如果蛋白)如果蛋白A与蛋白与蛋白B不能相互结合不能相互结合(2)如果蛋白)如果蛋白A与蛋白与蛋白B能相互结合能相互结合上游激活序列(上游激活序列(UAS)转录激活转录激活GAL4效应基因效应基因蛋白蛋白ADNA binding domain转录激活转录激活domain蛋白蛋白B激活转录激活转录转录表达转录表达第15页,此课件共58页哦Reporter gene表达就说表达就说明明X基因产物与基因产物与Y基因产基因产物能结合。物能结合。双杂交原理双杂交原理第16页,此课件共58页哦第17页,此课件共58页哦
11、酵母细胞酵母细胞作为报道株的酵母双杂交系统具有许多优点作为报道株的酵母双杂交系统具有许多优点:v 易于转化、便于回收扩增质粒易于转化、便于回收扩增质粒v 具有可直接进行选择的具有可直接进行选择的标记基因标记基因和特征性和特征性报告基因报告基因v 酵母的内源性蛋白不易同来源于哺乳动物的蛋白相酵母的内源性蛋白不易同来源于哺乳动物的蛋白相 互结合互结合报道株报道株经经改造改造的、含报告基因的重组质粒的宿主细胞的、含报告基因的重组质粒的宿主细胞第18页,此课件共58页哦v 基因组中基因组中GAL4基因基因是缺失型的是缺失型的v 基因组中引入额外的报告基因基因组中引入额外的报告基因LEU、TRP、HIS
12、改造后的酵母细胞的特点:改造后的酵母细胞的特点:通过功能互补和显色反应筛选到阳性菌落通过功能互补和显色反应筛选到阳性菌落第19页,此课件共58页哦 表达表达“诱饵诱饵”和和“猎物猎物”蛋白;蛋白;检验这两种蛋白表达后能否激活酵母中的报告基因。检验这两种蛋白表达后能否激活酵母中的报告基因。做法:首先构建能表达做法:首先构建能表达“诱饵诱饵”和和“猎物猎物”蛋白的表达蛋白的表达载体。该载体中可加入进行营养型筛选的基因。载体。该载体中可加入进行营养型筛选的基因。四、酵母双杂交系统的基本策略四、酵母双杂交系统的基本策略第20页,此课件共58页哦五、酵母双杂交系统的优点五、酵母双杂交系统的优点 高敏感性
13、。高敏感性。原因:原因:采用高拷贝和强启动子的表达载体,使融合蛋白采用高拷贝和强启动子的表达载体,使融合蛋白过量表达;过量表达;激活结构域和结合结构域结合形成转录起始复合激活结构域和结合结构域结合形成转录起始复合物,之后又与启动子结合,此三元复合体使融合蛋物,之后又与启动子结合,此三元复合体使融合蛋白各组分间结合更趋于稳定;白各组分间结合更趋于稳定;通过通过mRNA使信号放大;使信号放大;检测的结果是基因表达产物的累积效应,可检测存检测的结果是基因表达产物的累积效应,可检测存在于蛋白质间的微弱或暂时的相互作用。在于蛋白质间的微弱或暂时的相互作用。第21页,此课件共58页哦五、酵母双杂交系统的优
14、点五、酵母双杂交系统的优点2.真实性。真实性。检测在活细胞内进行,作用条件与作用力无需检测在活细胞内进行,作用条件与作用力无需模拟,在一定程度上代表细胞内的真实情况。模拟,在一定程度上代表细胞内的真实情况。3.简洁性。简洁性。融合蛋白相互作用后,减少了制备抗体和纯融合蛋白相互作用后,减少了制备抗体和纯化蛋白质的繁琐步骤。化蛋白质的繁琐步骤。4.广泛性。广泛性。采用不同组织器官细胞类型和分化时期的材料采用不同组织器官细胞类型和分化时期的材料构建构建cDNA文库,能分析不同亚细胞部位和功能的蛋白文库,能分析不同亚细胞部位和功能的蛋白质,适用于部分细胞质、细胞核及膜结合蛋白。质,适用于部分细胞质、细
15、胞核及膜结合蛋白。第22页,此课件共58页哦 分析分析已知蛋白已知蛋白之间的相互作用之间的相互作用 对蛋白质对蛋白质功能域的分析功能域的分析,如可将待测蛋白质进行点突变或,如可将待测蛋白质进行点突变或缺失突变再进行双杂交。缺失突变再进行双杂交。用已知功能蛋白质用已知功能蛋白质筛选双杂交筛选双杂交cDNA文库文库,研究蛋白质之,研究蛋白质之间相互作用的传递途径,发现新基因。间相互作用的传递途径,发现新基因。分析分析新基因的生物学功能新基因的生物学功能。即以功能未知的新基因去筛。即以功能未知的新基因去筛选文库,再根据筛的已知基因推测新基因功能。选文库,再根据筛的已知基因推测新基因功能。绘制绘制蛋白
16、质相互作用系统图谱蛋白质相互作用系统图谱 在在药物设计药物设计中的应用中的应用六、酵母双杂交系统的应用现状六、酵母双杂交系统的应用现状第23页,此课件共58页哦1.利用酵母双杂交发现新的蛋白质与蛋白质利用酵母双杂交发现新的蛋白质与蛋白质的新功能的新功能 将已知基因作为将已知基因作为诱饵诱饵,在选定的,在选定的cDNA文库中筛选与文库中筛选与诱饵蛋白相互作用的蛋白,从筛选到的阳性酵母菌株中诱饵蛋白相互作用的蛋白,从筛选到的阳性酵母菌株中可以分离得到可以分离得到AD-文库载体,并从载体中进一步克隆得到文库载体,并从载体中进一步克隆得到随机插入的随机插入的cDNA片段,并对该片段的编码序列在片段,并
17、对该片段的编码序列在GENEBANK中进行比较,研究与已知基因在生物学功能中进行比较,研究与已知基因在生物学功能上的联系。上的联系。第24页,此课件共58页哦 利用酶联免疫(利用酶联免疫(ELISA)、免疫共沉淀()、免疫共沉淀(CO-IP)技术)技术都是利用抗原和抗体间的免疫反应,可研究抗原和抗体之都是利用抗原和抗体间的免疫反应,可研究抗原和抗体之间的相互作用,但它们都是基于间的相互作用,但它们都是基于体外非细胞体外非细胞的环境中研究蛋的环境中研究蛋白质与蛋白质的相互作用。而在白质与蛋白质的相互作用。而在细胞体内细胞体内的抗原和抗体的聚积的抗原和抗体的聚积反应则可以通过酵母双杂交进行检测。反
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