为实现对目标蛋白的高效表达、纯化、检测与分析,科研人员通常在重组蛋白的编码序列中引入特定的蛋白标签(protein tags)。
在生命科学基础研究中,重组蛋白是结构生物学、分子互作分析、功能研究等实验的重要研究工具。为了实现对目标蛋白的高效表达、纯化、检测与分析,科研人员通常在重组蛋白的编码序列中引入特定的蛋白标签(protein tags)。这些标签作为科研试剂体系中的关键组成部分,在不改变蛋白本质功能的前提下,为实验流程提供了高度标准化和可重复的技术支持。
重组蛋白标签是通过分子克隆手段,与目标蛋白在N端或C端融合表达的短肽序列或功能性蛋白结构域。其核心作用包括:
在蛋白表达体系中,标签通常与目标蛋白保持共线表达,并可通过特定配套试剂进行识别。
His标签是目前应用最广泛的蛋白表达标签之一,通常由6个或8个组氨酸残基组成。其原理是基于组氨酸侧链与Ni²⁺或Co²⁺金属离子的配位作用,可通过金属螯合亲和层析(IMAC)实现高效纯化。His标签分子量小,对蛋白结构干扰较低,大范围的使用在重组蛋白标签体系中,并可配合抗His抗体进行检测。
GST标签来源于谷胱甘肽转移酶,是一种约26 kDa的融合蛋白标签。GST可特异性结合固定化谷胱甘肽填料,实现一步亲和纯化。此外,GST标签具有一定的溶解推动作用,常用于低可溶性蛋白的表达研究,同时在蛋白互作拉下实验中也具有较高应用度。
MBP(麦芽糖结合蛋白)是一种分子量较大的融合标签,大多数都用在提高目标蛋白的可溶性表达。MBP可通过与直链淀粉或麦芽糖配体结合进行纯化。在大肠杆菌表达系统中,MBP标签常被用于难表达或易形成包涵体的蛋白研究。
FLAG标签是一段短肽序列,拥有非常良好的亲水性和高度特异性,可被高亲和力单克隆抗体识别。FLAG标签大范围的应用于Western Blot、免疫共沉淀和ELISA等检测体系,在科研试剂领域具有成熟的配套抗体与树脂产品。
Strep-Tag II是由8个氨基酸组成的小分子标签,可与改造型链霉亲和素(Strep-Tactin)特异性结合。该体系具有背景低、洗脱条件温和的特点,适用于对构象和活性要求比较高的重组蛋白研究。
SUMO标签属于小泛素样修饰蛋白,可明显提升重组蛋白的可溶性和折叠质量。SUMO标签具有专一性蛋白酶识别位点,切割后不残留额外氨基酸。该标签在真白原核表达研究中应用广泛。
Trx(硫氧还蛋白)标签分子量较小,可改善目标蛋白在还原性环境中的稳定性。Trx标签常与His标签组合使用,形成双标签系统,以满足多种纯化和检测需求。
荧光蛋白标签(如GFP及其衍生物)可实现对重组蛋白表达、定位及动态变化的实时监测。在细胞水平研究中,荧光蛋白标签是重要的功能性工具,同时也可结合抗体或亲和体系用于纯化和定量分析。
在科研实践中,标签的选择需结合实验目的、表达体系及下游应用方式来进行综合考量。