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Basic Scientific Research
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挽救实验只会敲减和高表达?突变其实更“高级”
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

做机制文章时,很多实验最后都会走到“挽救”。

前面发现基因A升高,细胞迁移增强。敲低A以后迁移下降,于是再把A过表达回来,迁移又恢复。或者发现药物B抑制通路C以后能够改善细胞表型,再过表达C,把药物效果部分拉回来。

这类实验当然有价值。

它至少比“基因A变化了,表型也变化了”往前走了一步,开始证明目标分子和功能之间存在因果关系。

但做得多了以后,会发现一个问题:很多所谓挽救实验其实只是在反复证明“这个分子很重要”。

敲低以后表型没了,过表达以后表型又回来了。我们知道A参与了这个过程,却仍然不知道A到底靠什么发挥作用。

是它的酶活?

是某个磷酸化位点?

是进入细胞核以后才有效?

还是它和蛋白B形成复合物以后才能推动下游信号?

如果前面已经提出“蛋白A通过Ser123磷酸化促进蛋白B核转位”,后面的挽救实验却仍然只是A敲低和A过表达,证据其实没有真正打到这个机制上。

这也是为什么很多文章Western blot做了很多,机制图也画得很完整,但真正让人追问一句“你怎么证明就是这个位点、这个结构域或者这个相互作用在起作用”,证据马上就开始变薄。

突变实验的价值就出现在这里。

它不是简单把一个蛋白变少或者变多,而是保留这个蛋白的大部分结构,只把你怀疑真正负责功能的那一小部分拿掉。随后再看整个表型还在不在。

野生型蛋白能够把表型救回来,位点突变体却救不回来;催化活性正常的蛋白有效,催化死突变体无效;完整蛋白可以进入细胞核并恢复功能,核定位缺失突变体却不行。做到这一层以后,文章回答的问题已经从“蛋白A重要”推进到了“A的哪一种分子能力真正重要”。

所以所谓突变更“高级”,并不是因为技术听起来复杂。

它真正提高的是因果关系的分辨率。

从一个基因,缩小到一个结构域。

从一个蛋白,再缩小到一个氨基酸位点。

最后甚至可以回答:同一个蛋白的两种功能里,究竟是哪一种在决定当前疾病表型。

这也是很多基础科研机制做到后面,最值得补的一层。

导读

一、挽救实验真正要解决的是因果关系,不是让结果“再显著一次”

二、敲减和过表达能证明什么,又证明不了什么

三、最基础的突变挽救:野生型能救回来,功能缺失突变体救不回来

四、RNA干扰以后回补同一个基因,为什么必须考虑RNAi-resistant构建

五、催化死突变最适合回答蛋白的酶活是不是核心

六、磷酸化位点突变能够把“通路变化”推进到具体调控位点

七、磷酸化模拟突变很好用,但不能把Asp/Glu简单当成真正磷酸化

八、蛋白互作研究最需要的是结合缺失突变,而不是再做一次Co-IP

九、结构域缺失能够快速定位功能区域,但大片段删除也容易带来误判

十、核定位和膜定位突变适合解决“蛋白在哪里发挥作用”

十一、泛素化、乙酰化、棕榈酰化等修饰研究为什么特别需要位点突变

十二、突变挽救真正有力量的地方,是把上游分子和下游功能接起来

十三、一个突变体救不回来,也不能立刻证明这个位点就是唯一原因

十四、表达量不一致是突变挽救里最常见、也最容易忽略的假机制

十五、突变以后蛋白不稳定,功能缺失可能只是蛋白已经坏了

十六、过表达突变体本身也可能制造新的非生理表型

十七、什么时候做点突变,什么时候做结构域缺失,什么时候直接做CRISPR原位突变

十八、不同类型的机制问题,挽救实验应该怎么设计

十九、挽救实验最常见的设计误区

二十、一套更完整的“敲低—回补—突变—功能救援”机制路线怎么设计

二十一、博恩生物可以为突变与挽救实验提供哪些实验支持

SECTION 01

01

挽救实验真正要解决的是因果关系,不是让结果“再显著一次”

1、很多文章的挽救实验其实和前面的功能实验高度重复

例如前面已经做过:

过表达A以后,细胞增殖增加。

敲低A以后,细胞增殖下降。

后面所谓“挽救”又设计成A敲低+A过表达。

最后当然看到增殖重新升高。

这个结果没有问题,但新增信息并不算特别多。

它主要解决的是敲低产生的表型是否能够通过重新恢复A而逆转,可以帮助排除部分脱靶效应。

如果文章的机制结论只是“A促进细胞增殖”,做到这里已经够用。

但如果文章继续写成“A通过与B结合、促进C磷酸化,从而推动细胞增殖”,实验要求就不一样了。

2、机制写得越具体,挽救也应该越具体

结论只到基因层面,就用基因层面的回补。

结论进入蛋白功能,就需要验证蛋白功能。

结论进入结构域,就应该碰结构域。

结论已经落到Ser235、Lys48或者Cys112这样的具体位点,最后的因果验证最好也能落到这个位点。

这是一个很简单的对应关系。

实验分辨率要和结论分辨率匹配。

如果机制图已经画到了一个具体修饰位点,证据却停留在整个蛋白过表达,真正薄弱的地方通常就在这里。

3、好的挽救实验应该主动排除另一种解释

假设敲低A以后迁移下降。

重新表达野生型A可以恢复。

接下来构建一个不能和B结合的A突变体,如果这个突变体不能恢复迁移,那么“蛋白互作”开始进入因果链。

此时实验不只是证明A重要。

它主动排除了“A通过其他功能促进迁移”的一部分可能。

这才是挽救实验越做越深的真正方向。

SECTION 02

02

敲减和过表达能证明什么,又证明不了什么

1、敲低主要回答必要性

敲低基因A以后,目标表型明显减弱,最直接的解释是A对这个过程具有必要作用。

但这里仍然要防两个问题。

一个是siRNA、shRNA存在脱靶。

另一个是A被降低以后,细胞可能产生广泛的继发变化。

因此一个敲低结果通常还需要多个独立序列、回补或者其他方式增加可信度。

2、过表达更接近充分性,但同样有边界

正常细胞里提高A以后,目标表型被主动推高,说明增加A本身可能足以推动这一过程。

这比单纯观察疾病模型中A升高更进一步。

但过表达很容易进入远高于生理水平的状态。

一个正常细胞里只有少量蛋白A,转染以后提高几十倍,原本低亲和力的蛋白互作、异常定位和非生理信号都可能出现。

所以过表达结果最好和内源状态一起解释。

3、敲低加过表达仍然无法告诉我们“A靠什么工作”

这正是普通挽救实验的上限。

蛋白A可能同时具有催化功能、支架功能、转录调节功能和细胞器定位功能。

整个A拿掉以后当然出问题。

整个A重新放回去当然可能恢复。

真正需要继续拆的是:

如果只拿走其中一项能力,会发生什么?

突变实验就是在做这件事。

SECTION 03

03

最基础的突变挽救:野生型能救回来,功能缺失突变体救不回来

1、这是很多机制文章最值得加入的一组实验

假设已经敲低内源A。

随后分别转染:

野生型A。

功能缺失突变A-mut。

如果野生型A恢复了目标表型,而A-mut无法恢复,这个差异非常有信息量。

因为两组都有A这个蛋白。

区别只集中在被突变的功能。

2、实验逻辑比单纯敲低更接近机制本身

例如怀疑A的激酶活性决定细胞迁移。

敲低A以后迁移下降。

回补A-WT以后迁移恢复。

回补kinase-dead A以后迁移仍然下降。

此时才能比较有底气地说:

A促进迁移需要其激酶活性。

而不仅仅是“需要A这个蛋白”。

3、关键是突变体最好只破坏目标功能

理想突变体应该尽量保持蛋白其他性质。

整体表达量正常。

蛋白稳定。

定位没有明显改变。

不影响其他不相关结构。

只损失当前准备研究的那一个功能。

做到这一点,WT和Mut之间的比较才真正干净。

SECTION 04

04

RNA干扰以后回补同一个基因,为什么必须考虑RNAi-resistant构建

1、这是普通挽救实验非常常见的技术问题

先用shRNA敲低A。

然后再转染一个A表达质粒,希望把A重新补回来。

如果这个表达质粒里的编码序列仍然包含shRNA识别位点,新表达的A mRNA可能继续被同一条shRNA降解。

最后所谓“回补组”实际上根本没有把A补回来。

2、可以利用同义突变制造RNAi-resistant A

蛋白由氨基酸序列决定。

同一个氨基酸往往可以由多个密码子编码。

因此可以在shRNA或者siRNA识别区域引入几个不改变氨基酸的同义突变。

这样RNA序列发生改变,干扰序列不再能够有效识别,但最终表达出来的蛋白仍然是原来的野生型A。

这个构建往往是规范挽救实验的基础。

3、后面的功能突变最好建立在同一个RNAi-resistant骨架上

例如需要比较:

A-WT。

A-S123A。

A-S123D。

三种构建最好都使用同样的RNAi-resistant背景。

这样它们都能逃避内源A的敲低。

最终差别才主要来自S123这个位点,而不是某一个质粒被shRNA继续打掉。

SECTION 05

05

催化死突变最适合回答蛋白的酶活是不是核心

1、酶类蛋白特别适合做这一类实验

激酶。

磷酸酶。

去乙酰化酶。

甲基转移酶。

泛素连接酶。

蛋白酶。

这些蛋白最常见的一个机制问题就是:

它对当前表型的作用,到底依赖催化活性,还是只要蛋白存在就行?

2、催化死突变能够把酶活和支架功能拆开

很多酶并不只有催化作用。

它同时可以作为一个蛋白互作平台。

所以使用药物抑制剂得到表型以后,不能自动认为整个蛋白功能都被解释清楚。

例如敲低A会导致表型消失。

A-WT能够回补。

A的catalytic-dead突变体却不能回补。

这说明催化能力非常重要。

如果catalytic-dead仍然能够救回来,则反而提示A可能主要依赖非催化功能。

这个结果有时比预期的“突变失效”更有意思。

3、催化死突变一定要先确认蛋白仍然正常存在

如果突变直接让整个蛋白发生错误折叠,然后被快速降解,最后救不回来并不能说明催化功能关键。

只能说明这个突变体不存在了。

所以突变实验做完以后,第一件事通常还是先看表达量和稳定性。

SECTION 06

06

磷酸化位点突变能够把“通路变化”推进到具体调控位点

1、磷酸化研究最常见的突变是Ser/Thr→Ala

丝氨酸和苏氨酸磷酸化位点经常突变成丙氨酸。

这样可以去掉原来的羟基,使该位点无法再被正常磷酸化。

例如S123A。

如果A-WT可以促进某个表型,而A-S123A明显失去作用,就支持S123磷酸化对该功能具有重要贡献。

2、酪氨酸位点通常有另一套设计

酪氨酸磷酸化位点常见Y→F。

苯丙氨酸保留了相似的芳香环结构,却失去可以被磷酸化的羟基。

这也是经典的phospho-deficient设计。

3、真正强的实验不只是突变以后表型没了

最好继续把上游激酶加进来。

假设激酶B能够磷酸化A的S123。

过表达B以后,A-WT组功能进一步增强。

但到了A-S123A背景,B再高也推不动这个表型。

这时候就能形成一条很清楚的链:

B→A-S123 phosphorylation→功能表型。

比“B升高、p-A升高、表型也升高”强很多。

SECTION 07

07

磷酸化模拟突变很好用,但不能把Asp/Glu简单当成真正磷酸化

1、Ser/Thr→Asp或Glu是常见的磷酸化模拟

S123D或者S123E通过引入负电荷,在一定程度上模拟磷酸基团带来的电性变化。

如果S123A失去功能,而S123D能够维持或者增强功能,证据通常会更加完整。

2、但它只是在模拟部分化学特征

真正的磷酸基团体积、电荷分布、氢键能力和动态可逆性,都不是一个Asp或者Glu能够完全复制的。

有些蛋白中S→D确实很好用。

另外一些蛋白里却完全不能模拟真实磷酸化状态。

所以“phosphomimetic”本身应该理解成实验工具,不是天然等价物。

3、最稳妥的是把多层证据合起来

上游激酶能不能促进该位点磷酸化。

磷酸化抗体或者质谱是否确认这个位点真实存在。

S→A以后功能是不是下降。

S→D/E是否能够产生与磷酸化相近的功能。

上游激酶在S→A背景下是否失效。

这些结果放在一起,位点机制才真正有分量。

SECTION 08

08

蛋白互作研究最需要的是结合缺失突变,而不是再做一次Co-IP

1、Co-IP证明的是两个蛋白能够形成复合物

A可以拉下B。

B也可以反向拉下A。

再做一个共定位,看到二者在细胞里位置接近。

这能够支持A和B发生互作。

但它仍然没有回答:

这次互作对细胞功能到底重要不重要。

2、真正关键的是找到结合区域

可以通过截短体、结构域分析或者已有结构信息定位A中负责结合B的区域。

随后构建一个仍然稳定表达、但失去B结合能力的A突变体。

如果这个突变体无法恢复目标表型,A-B结合才真正进入功能机制。

3、这一步经常能区分“结合现象”和“功能性互作”

细胞里很多蛋白能够被Co-IP拉到一起。

并不是每一个相互作用都对当前疾病表型重要。

所以蛋白互作文章做到后面,与其继续补第三种互作检测技术,不如问一句:

把这个结合拆掉以后,细胞会怎么样?

这个问题的信息量通常更高。

SECTION 09

09

结构域缺失能够快速定位功能区域,但大片段删除也容易带来误判

1、当具体位点还不清楚时,可以先从结构域开始

一个蛋白有N端结构域、中间催化结构域和C端调控结构域。

可以分别构建不同截短体,观察哪个片段还能保留功能。

这种做法尤其适合前期机制定位。

先把几百个氨基酸的蛋白缩小到几十个氨基酸区域。

再继续找具体位点。

2、大片段缺失最容易改变蛋白整体构象

删除一个100 aa结构域以后,损失的往往不只是其中一个结合位点。

蛋白折叠、稳定性、细胞定位甚至其他结构域暴露状态都可能同时变化。

所以看到ΔDomain突变体无效,只能先说明这个区域重要。

还不能立刻等于“这个区域中的某个具体功能就是原因”。

3、结构域删除适合做定位,点突变更适合做最终机制

一种比较自然的推进方式是:

先通过截短体找到功能区域。

再通过蛋白互作预测、结构分析、修饰质谱或者已有文献进一步锁定位点。

最后使用点突变完成真正的功能挽救。

这样比一开始就盲猜某一个氨基酸效率高很多。

SECTION 10

10

核定位和膜定位突变适合解决“蛋白在哪里发挥作用”

1、同一个蛋白可能在不同细胞区室承担完全不同功能

有些蛋白在胞质里参与信号转导。

进入细胞核以后又能够调节转录。

另一些蛋白需要定位到线粒体、内质网或者质膜才能正常工作。

如果文章只做总蛋白表达,很容易把这些空间差异忽略掉。

2、定位突变可以直接回答功能是否依赖位置

例如删除NLS或者突变关键核定位序列,使A无法正常进入细胞核。

A-WT能够恢复目标基因转录和细胞表型。

A-NLS-mut虽然表达正常,却留在胞质,并且无法完成救援。

这时候可以说明A的核定位对当前功能具有必要性。

3、定位机制最好同时配合真实定位证据

免疫荧光。

核质分离。

细胞器分离。

必要时增加活细胞成像。

不能只根据“这个序列理论上是NLS”就认为突变以后位置一定改变了。

突变体到底去了哪里,仍然需要实际验证。

SECTION 11

11

泛素化、乙酰化、棕榈酰化等修饰研究为什么特别需要位点突变

1、翻译后修饰文章最容易停在“修饰水平变了”

例如发现疾病模型中蛋白A乙酰化增加。

去乙酰化酶B和A发生互作。

过表达B以后A乙酰化下降,同时疾病表型改善。

这条线已经有一定机制。

但仍然缺一个问题:

A上哪一个Lys最重要?

2、Lys位点突变可以继续拆修饰功能

泛素化和乙酰化经常发生在Lys。

将目标Lys突变成Arg,可以在保留正电荷特征的同时减少该位点发生相应赖氨酸修饰的可能。

如果K123R以后,B对A稳定性或者功能的调控明显消失,位点因果关系就会增强。

当然,一个Lys可能同时发生多种修饰。

所以具体解释仍然要结合修饰检测。

3、棕榈酰化常见Cys位点突变

如果研究蛋白S-棕榈酰化,可以将候选Cys突变为Ser或Ala,再看膜定位、蛋白稳定性或者信号功能是否发生改变。

此时最有价值的并不是“棕榈酰化下降”本身。

而是突变以后某个具体细胞功能也跟着丢失。

4、位点突变还能帮助区分“修饰是结果还是原因”

疾病状态下A的某种修饰增加,可能只是细胞状态变化后的伴随结果。

如果把这个位点做成不可修饰突变以后,疾病表型明显改变,才说明这项修饰真正进入了因果链。

这一步对各种翻译后修饰研究都很关键。

SECTION 12

12

突变挽救真正有力量的地方,是把上游分子和下游功能接起来

1、一个好机制通常至少有三个节点

例如:

激酶A。

底物蛋白B。

细胞功能C。

如果只做:

A敲低以后C下降。

B过表达以后C上升。

中间其实仍然缺了一段。

2、突变可以验证A是不是通过B的具体位点起作用

A能够促进B-S123磷酸化。

A过表达以后C增强。

B-WT存在时,A仍然可以推动C。

但把B换成S123A以后,A再怎么过表达也无法推动C。

这时才能真正说:

A的功能至少部分依赖B-S123。

3、这类实验特别适合解决上下游关系

上游激酶。

下游底物。

蛋白互作。

转录因子结合。

代谢酶活。

细胞器定位。

都可以使用类似思路。

突变不是为了让文章多一个技术。

它更像一把“断点测试工具”。

把机制链某个非常具体的连接点切断,看整个信号还能不能往下传。

SECTION 13

13

一个突变体救不回来,也不能立刻证明这个位点就是唯一原因

1、突变可能同时破坏多个功能

一个位点位于蛋白结构核心。

突变以后不仅失去磷酸化,还改变整体折叠。

或者这个位点同时影响蛋白互作和细胞定位。

这时候救援失败,不能简单归因于原来预想的那一个机制。

2、最好检查突变体的基础性质

表达量是否正常。

半衰期是否发生明显变化。

细胞定位是否正常。

主要蛋白互作是否仍然保留。

如果这些都基本正常,只是目标功能丢失,解释才更加干净。

3、必要时可以使用多个突变设计相互支持

例如一个磷酸化位点既做S→A,又做上游激酶干预。

或者一个蛋白互作界面设计两个不同突变。

如果不同方式都指向同一个结论,结果会比单个Mut更稳。

SECTION 14

14

表达量不一致是突变挽救里最常见、也最容易忽略的假机制

1、WT表达很高、Mut表达很低,功能当然可能不一样

假设A-WT恢复了细胞迁移。

A-mut没有恢复。

一看Western blot,WT表达量是Mut的三倍。

这时真正能得出的结论非常有限。

Mut没有功能,可能只是因为蛋白量不够。

2、正式比较之前先把表达量拉到相近水平

可以调整质粒量。

优化转染条件。

使用相同启动子和载体骨架。

必要时选择稳定表达体系。

最终最好在蛋白水平确认WT和Mut大致可比。

3、功能实验的前提是先证明两个构建真正可比

这一步很基础,却经常被放到Supplement甚至不展示。

如果突变实验是文章最关键的机制证据,WT和Mut的表达、定位和稳定性最好明确给出来。

否则整个挽救结论很容易从这一点被质疑。

SECTION 15

15

突变以后蛋白不稳定,功能缺失可能只是蛋白已经坏了

1、某些位点本身负责维持蛋白结构

尤其埋藏在蛋白内部的疏水位点或者结构核心区域。

一个看起来很简单的Ala突变,可能让蛋白折叠失败。

随后进入蛋白酶体降解。

最终所有功能当然都会丢失。

2、可以先做基础稳定性检查

除了普通Western blot,还可以根据需要进行CHX追踪。

比较WT和Mut的蛋白半衰期。

如果Mut明显更快降解,后面就需要区分:

这个位点是不是通过调控蛋白稳定性发挥作用。

还是突变本身造成非生理结构破坏。

3、蛋白稳定性变化有时本身就是机制

假设某个磷酸化位点阻止蛋白被泛素化。

S→A以后蛋白半衰期明显缩短。

这并不意味着突变实验失败。

反而可能说明:

该位点的真正作用就是维持蛋白稳定。

关键在于结果应该沿着数据重新解释,而不是强行套回原来的预设机制。

SECTION 16

16

过表达突变体本身也可能制造新的非生理表型

1、突变体通常也是外源过表达

这意味着普通过表达的风险同样存在。

尤其dominant-negative突变体,可能通过大量占据结合伙伴,让表型看起来非常强。

但内源生理条件下,这种比例未必存在。

2、表达量越接近内源水平,结论越容易解释

可以考虑较弱启动子。

稳定低表达。

或者在内源基因敲低背景进行相对生理水平回补。

比直接把WT和Mut都表达几十倍更加干净。

3、这也是为什么最终做原位突变越来越有价值

如果一个位点已经成为整篇文章的核心,可以直接在内源基因上把它改掉。

此时蛋白仍然处于原来的启动子、染色质和表达调控背景下。

相比外源质粒,这类证据更接近真实生理状态。

但是否值得做到这一步,要看科学问题的重要程度。

SECTION 17

17

什么时候做点突变,什么时候做结构域缺失,什么时候直接做CRISPR原位突变

1、机制还比较模糊时,先用结构域缺失定位

例如只知道A和B相互作用,但完全不知道结合区。

可以先做N端、C端或者不同结构域截短。

找到大致区域以后再继续缩小。

这时候直接猜一个点突变效率反而低。

2、已经有明确候选位点时,点突变最合适

质谱已经提示S123磷酸化。

结构预测提示K456是关键结合位点。

文献已经报道C78可能发生棕榈酰化。

这时候直接做点突变可以很快验证功能。

3、位点已经成为文章核心结论时,可以考虑原位编辑

尤其准备证明某一个人类疾病突变、关键磷酸化位点或者蛋白互作位点决定疾病表型时,CRISPR knock-in的说服力会明显提高。

外源WT和Mut可以作为前期快速验证。

关键结果成立以后,再进入内源位点编辑。

这种推进在成本和机制深度之间比较平衡。

4、并不是所有文章都需要做到原位突变

如果一个机制已经有清楚的敲低、回补、点突变、上游下游和功能救援,文章的因果关系可能已经足够。

技术越复杂并不自动等于研究越好。

真正需要看的是还有哪个关键解释没有被排除。

SECTION 18

18

不同类型的机制问题,挽救实验应该怎么设计

1、研究酶活依赖

可以形成:

敲低A→表型下降。

回补A-WT→恢复。

回补A-catalytic-dead→无法恢复。

随后再结合底物变化。

这一套直接回答酶活是否必要。

2、研究磷酸化位点

可以形成:

激酶A→B磷酸化升高。

B-WT可被A调控。

B-S/A失去响应。

B-S/D产生持续或者部分模拟表型。

最后连接目标细胞功能。

3、研究蛋白互作

先确认A-B互作。

定位结合结构域。

构建binding-deficient A。

如果A-WT可以救援,而结合缺失体无法救援,说明互作本身具有功能意义。

4、研究亚细胞定位

A-WT能够正常进入目标细胞器。

定位缺失突变体表达仍然正常,但无法到达目标位置。

随后功能也无法恢复。

此时可以说明“位置”本身是功能的一部分。

5、研究翻译后修饰

确认修饰真实存在。

定位候选位点。

构建不可修饰突变。

再根据机制设计相应模拟或者上游酶干预。

最后一定要回到细胞功能。

不能把“修饰减少”本身当成研究终点。

6、研究疾病相关天然突变

如果临床样本或者数据库已经发现一个真实突变,可以直接比较WT和patient-derived mutant。

这类实验特别值得关注突变究竟是loss-of-function、gain-of-function还是改变蛋白定位和互作。

随后再通过回补把突变功能和疾病表型连接起来。

SECTION 19

19

挽救实验最常见的设计误区

1、敲低以后再过表达同一个普通质粒,却没有做RNAi-resistant处理

新表达的mRNA可能仍然继续被敲低。

2、WT和Mut使用不同载体

启动子、标签和表达效率都可能成为新的变量。

3、WT和Mut蛋白量完全不一致

功能差异无法直接归因于突变。

4、突变体表达很低,却继续解释为功能缺失

先排查蛋白稳定性。

5、突变以后定位改变,却仍然只解释成酶活丢失

同一个突变可能同时影响多个属性。

6、磷酸化位点S→D以后直接称为“持续磷酸化”

它只是磷酸化模拟工具,并不等于真正共价磷酸化。

7、结构域删除太大

功能丢失可能来自整体结构破坏。

8、Co-IP发现两个蛋白结合,就直接写“通过互作发挥作用”

还需要功能性互作证据。

9、突变以后Co-IP下降,就认为结合位点已经确定

也可能是蛋白折叠或者定位变化。

10、只做Mut,不做WT回补

没有WT参照,很难证明实验体系本身能够完成救援。

11、只做WT和Mut,不保留空载体和敲低背景

组别不完整以后,很难判断真正的恢复幅度。

12、只验证分子指标,没有回到真实细胞功能

位点变化最终还是要解释为什么会影响迁移、炎症、增殖、屏障、代谢或者其他目标表型。

13、为了“高级”强行做突变

科学问题没有落到具体结构或位点时,突变本身不会自动提高文章质量。

14、质谱发现十几个位点,就全部逐个突变

最好先根据保守性、结构位置、变化幅度和功能预测缩小范围。

15、突变体不能救回来,就认为这个位点是唯一机制

蛋白通常存在多位点和多功能调控。

16、过表达量远高于生理水平

容易制造非特异互作和异常定位。

17、一个体外突变结果直接外推疾病组织

重要机制最好进一步进入动物或者真实疾病体系验证。

18、突变结果和文章结论的层级不匹配

只证明一个位点影响蛋白稳定,却最终写成该位点决定整个疾病过程,中间仍然缺功能链。

19、缺少反向实验

只有不可修饰突变失效,如果条件允许,再加入模拟突变、上游酶或者功能回补会更完整。

20、把技术复杂度当成机制深度

真正的深度来自排除了多少替代解释,不来自做了多少种构建。

SECTION 20

20

一套更完整的“敲低—回补—突变—功能救援”机制路线怎么设计

1、先把基础功能关系做清楚

确认A在模型中确实发生变化。

敲低A以后目标功能下降或者改善。

过表达A产生相反变化。

这一步先证明A值得继续往下拆。

2、找到A最可能承担作用的分子功能

可以来自已有文献、蛋白结构、互作实验、修饰检测、质谱或者前期功能数据。

目标不要太散。

最好先集中到一个能够解释细胞表型的关键功能。

3、建立内源A敲低背景

使用经过验证的siRNA或者shRNA降低内源蛋白。

如果准备进行长期挽救,稳定敲低会更加方便。

同时使用多个序列确认基础表型。

4、构建RNAi-resistant A-WT

通过同义突变避开RNA干扰识别。

确认在敲低背景下,A-WT能够重新恢复到相对合理的蛋白水平。

先证明整个救援体系是通的。

5、构建目标功能突变体

根据科学问题选择催化死、磷酸化缺失、结合缺失、结构域缺失、定位突变或者翻译后修饰位点突变。

所有构建尽量保持相同载体、启动子和标签。

6、先比较WT和Mut的基础性质

蛋白表达量。

稳定性。

细胞定位。

必要的折叠或基础互作。

确认突变体并没有因为“整体坏掉”而失去功能。

7、验证目标分子功能真的被破坏

催化死突变要证明酶活下降。

结合缺失突变要证明A-B互作下降。

定位突变要证明位置改变。

修饰位点突变要证明目标修饰发生相应变化。

这里是突变构建真正有效的证据。

8、再进行功能挽救

内源A敲低以后:

空载体不能救。

A-WT可以救。

A-Mut救不回来或者只部分恢复。

这时才能把目标分子功能真正和细胞表型联系起来。

9、加入上游分子做遗传互作验证

如果A是下游底物,再改变上游B。

观察B的功能是否依赖A-WT,而在A-Mut背景下失效。

这一组实验往往可以明确上下游方向。

10、根据需要加入模拟突变

例如phospho-mimetic或者其他功能模拟构建。

观察它是否能够在缺少上游刺激的情况下部分恢复功能。

这可以进一步增加充分性证据。

11、把分子变化和真实功能放在同一条链上

不要只看p-A、Co-IP或者核转位。

最终仍然要回到真正的疾病相关功能。

迁移。

侵袭。

炎症释放。

线粒体功能。

细胞死亡。

屏障。

分化。

代谢。

根据课题选择最核心的一个。

12、再进入动物或者组织体系

如果体外已经确认A的某个位点具有关键作用,可以考虑通过AAV表达WT/Mut、原位编辑或者其他适合方式进一步验证。

尤其当文章准备把这个位点作为核心机制时,体内证据会明显增强整体可信度。

13、重要位点可以继续升级到CRISPR knock-in

直接修改内源A。

不再依赖外源过表达。

重新观察分子功能、细胞表型和疾病终点。

如果外源挽救和内源原位突变最终指向同一结论,这类证据已经非常扎实。

14、最后形成真正有分辨率的机制链

最终比较理想的机制不再只是:

B调控A,A影响细胞功能。

而是能够进一步形成:

疾病刺激激活B,B促进A特定位点修饰或特定结构功能,改变A与下游分子的结合、定位或活性,随后推动目标细胞功能和疾病表型;当这个关键位点或者结构被破坏以后,即使A蛋白仍然存在,整条功能链也无法正常向下传递。

做到这里以后,突变实验真正完成了一件普通敲低和过表达很难完成的事情。

它把“这个蛋白重要”缩小成了“这个蛋白为什么重要”。

SECTION 21

21

博恩生物可以为突变与挽救实验提供哪些实验支持

1、可以先判断现有机制做到基因层面,还是已经需要进入结构和位点

很多项目目前已经完成敲低、过表达和基础功能,但后面的机制一直停在几条通路变化。

可以先根据已有结果判断,真正值得继续追的是酶活、蛋白互作、亚细胞定位,还是某一种翻译后修饰。

避免为了做突变而随便选择一个位点。

2、可以根据科学问题设计不同突变策略

针对磷酸化、泛素化、乙酰化、棕榈酰化等修饰设计相应点突变。

针对酶类蛋白设计催化死突变。

针对蛋白互作设计结构域缺失或结合界面突变。

针对核转位、线粒体定位和膜定位设计定位缺失突变。

让每一种构建都有明确要回答的问题。

3、可以建立RNAi-resistant回补体系

在内源基因敲低背景下,构建不再被原siRNA/shRNA识别的WT和Mut。

先确认WT能够恢复基础表型,再比较不同突变体。

避免外源回补蛋白继续被RNA干扰造成假阴性。

4、可以对WT和Mut进行基础质量确认

比较表达量、蛋白稳定性、定位以及必要的互作。

先排除突变体本身严重不稳定、错误折叠或者定位异常,再进入正式功能实验。

让“Mut不能救”真正能够指向目标功能,而不是构建本身失败。

5、可以进一步把蛋白互作做成真正的功能性互作

在Co-IP、免疫荧光或者其他互作证据基础上,继续定位关键结合区域。

通过binding-deficient突变观察细胞功能是否丢失。

把“两个蛋白在一起”推进到“这次结合为什么重要”。

6、可以围绕翻译后修饰完成位点因果验证

在确认目标蛋白发生磷酸化、泛素化、乙酰化或者其他修饰以后,进一步筛选候选位点。

通过WT、不可修饰突变和必要的模拟突变,观察修饰、蛋白功能和细胞表型能不能形成连续关系。

7、可以把上下游关系放到同一个挽救体系里

如果已经提出“激酶A修饰蛋白B”,可以在B-WT和B-Mut背景下重新操纵A。

观察A是否只有在B关键位点完整时才能影响最终功能。

这种遗传互作设计通常比继续增加一组相关性Western blot更加直接。

8、关键机制还可以继续向体内验证延伸

根据研究方向,通过病毒载体、动物组织表达或者适合的原位编辑策略进一步验证WT和Mut。

把细胞层面的关键位点继续连接到动物疾病功能。

挽救实验真正值得升级的地方,其实并不是把一个“敲低+过表达”实验换成一个看起来更复杂的突变质粒。

它背后的研究问题应该一起升级。

前面只知道A和疾病有关,敲低和过表达就够用了。

当课题已经开始讨论A为什么能够调控疾病,实验就应该继续往蛋白内部走。

是A的激酶活性重要,还是它作为支架蛋白更重要?

是S123这个磷酸化位点决定功能,还是旁边另一个结构域在起作用?

A必须进入细胞核才能有效,还是留在胞质同样可以完成调控?

A和B能够结合当然有意思,但如果把结合界面破坏以后,疾病表型一点没变,这次互作可能根本不是故事的核心。

这些问题靠整个蛋白敲掉再补回来,很难回答。

突变真正做的,是让同一个蛋白只少掉一项能力,然后看细胞还认不认它。

如果细胞认。

说明这项能力可能没有想象中重要。

如果细胞不认,而WT又能够把整个表型完整拉回来,这时候一个具体结构、一个修饰位点或者一次蛋白互作才真正从“分子现象”进入了“功能机制”。

所以突变并不天然比敲低和过表达高级。

它只是在科学问题已经走到足够具体的时候,提供了更高的因果分辨率。

真正值得追求的也不是文章里多了几个WT、Mut和箭头。

而是最后能够回答一句普通挽救实验很难回答的话:

这个蛋白之所以重要,究竟是因为它拥有哪一种分子能力。

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