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Western-Blot实验的总结
发布日期:2025-01-04 15:14 点击次数:63
用常温或者高温预热过(预热更有利于阻止蛋白水解或者磷酸酶去磷酸化,但容易遗忘,LB久煮某些性质会改变)的undefinedSDSLB(或者略高1.undefined)直接加 到细胞或者组织上并煮样。通常6孔板细胞80%以上密度,需200ul,其他按平板面积比类推。通常条件下,SDSLB都是过量的(因此不一定要严格参考 SDS LB稀释比);如果SDSLB不够,样品核酸、蛋白浓度过高时,煮样后会发现tip吸不上来,非常粘、一砣一砣的,很容易堵住tip。这时候常规做法有两 种,1.再煮5min。常规煮样时间3-5min,样品过浓时就煮10min;2.如果10min煮样后,仍然吸不起来,才适当增加SDSLB,继续煮; 也可以对样品进行超声。煮样时间若过长,蛋白会凝固,此时以失去继续WB的意义,请丢弃(判断标准:出现明显的蛋白沉淀和水分层)
理论上,从普通培养基中收集分泌蛋白,此时对细胞生长条件的影响最小,是最佳的实验条件;但是这存在隐忧。因为含血清的培养基中含有非常丰富的BSA(牛 血清白蛋白)之类的蛋白质,除非你进一步分离纯化,否则直接用这种样品去WB会有非常大的麻烦,尤其当你的蛋白在60-46kDa之间的时候;用“任何” 抗体去检测这一区间的蛋白,会有一片非常强的信号。因为此区间蛋白(主要是BSA)浓度过于富集,会非特异性粘附“任意”抗体,从而最终被识别。同理,采 用SDS LB裂解细胞制备样品前,通常要用PBS洗涤,其目的之一是去除培养基中的BSA。
在样品制备过程中,另一个需要注意的问题是,从样品制备的起始阶段就要注意定量问题;WB本身系统误差有20%,太细微的差别经常忽略不计。细胞样品可以 先计数再接种,短时间内即使细胞生长有差异也不会对WB结果影响太多。组织样品,从肿瘤组织的大小(称重)开始,裂解液的体积都是精确定量的,操作过程也 尽量避免蛋白损失。有人会说可以电泳前蛋白定量,我将下一节讨论蛋白定量的不科学性,以及裂解液成分对定量的干扰。
5.配胶用玻璃板和边条应及时洗净。玻板未洗净的坏处很多。尽管玻璃看似平滑,但是一些细微的凹陷处会凝结肉眼无法分辨的胶颗粒(摸上去疙疙瘩瘩),其坏 处是,在该部位极易导致不均匀的胶块,样品经过该处或电泳散热不好,条带变形。如果是RNA的超薄胶,胶板的颗粒会导致局部巨大气泡,非常难于清除;蛋白 胶也会导致一些小气泡的产生。玻板没洗净的另一个坏处是,由中学物理知识可知,玻璃表面越光滑粘附越牢,未洗净的玻板会削弱和胶体间的粘附力,拔梳子或边 条时会产生微小的错动,胶体下部出现大量气泡(夹在玻板和胶之间,这个关系不大);严重的错动会使上样时,样品从胶和玻璃之间的间隙漏光,或者甚至胶和玻 板分开。为避免拔梳子时的错动,可在电泳缓冲液中拔梳子(比水更好,有SDS润滑)。
有一个简单的例证,Biorad提供的3mm厚滤纸初次使用时,通常转膜效果不理想(从预染的marker深浅可知),但对多数一般丰度的蛋白的检测没有 任何影响(建议少用这种新滤纸做那种含量特别稀少或者转膜非常困难的蛋白)。没有很好的策略可以解决这个新滤纸的问题;尝试过浸泡(会泡烂的)、预电泳 (会稍微好点)等等,效果均不理想。通常,最初一两次的使用就是用于转一般蛋白。每次用完后清水稍微冲洗一下表面盐分(要控制水流;水流太大,纸张会烂掉 的),晾干再用;只要没冲烂可以一直反复使用。
这里不是歧视“made inChina”,国内的厂家很少注重不断提高自己产品的品质,走低端策略,对于电泳仪这种技术含量不高的仪器倒可以凑合;但说到转膜仪,能把一个简单的 匀场电极做好的还真不多(就我道听途说的,国外厂家为了使电极之间场强更加均匀,那种大块金属板表面是镀过极薄的白金层);因此转膜效率和均匀方面孰优孰 劣不言而喻。目前,个人使用过的国产电转槽(湿转)唯Tanon仿Biorad的还可以(算替它们免费打个广告吧,Tanon仿bioradmini3型 电泳仪,在某些方面(主要是操作)上还优于Biorad原装;目前我认为“中国制造”的灵魂就是仿造并超越前者);半干转仪一律进口,用过Biorad、 amersham和英国公司的scie-plas。
这里谈到了半干转和湿转。这两种转印方法各有优劣。湿转适合所有的蛋白,转膜效率最佳,但靡费试剂、溶液,对普通分子量大小的蛋白转染操作时间长于半干转 (下文会具体给出条件);半干转适合分子量较小的蛋白,省时、省试剂。蛋白分子大小如何界定呢?习惯上认为150KDa以上为大蛋白,其他均属于小蛋白, 当然这只是一个相对标准。因此,通常对大蛋白的转印多数人会选择长时程的湿转,那么刚才提到的amersham半干转仪的缺陷实际上没太多实质意义,何况 还可以外加条件弥补;而且用半干转做大蛋白转印本来就是高手在悬崖上跳舞,此时转膜效率是否更高已经没有任何意义——我说过转印效率对WB结果不起决定因 素。
湿转、半干转缓冲液配方请参考分子克隆,有必要指出的是,实际上用半干转缓冲液进行湿转效果也非常理想,通常这种缓冲液可以反复使用多次(<=5次 常规1hr电转,如有3hrs长时程转染,缓冲液使用次数会减少),不过要注意初始电流(同样温度下,初始电流高,表明缓冲液中电解质剩余不多,为确保转 膜温度,可开始或中途更换新鲜转膜液)。电转液中SDS增加蛋白的水溶性,促进蛋白在电转液中泳动。若不加SDS,蛋白会沉淀在胶上,但SDS过多会影响 蛋白与膜的吸附。甲醇能使SDS与蛋白分离,甲醇浓度越高SDS与蛋白分离越快,但高浓度的甲醇对蛋白会有固定作用,不利于蛋白从胶里跑出来。一般来说甲 醇的浓度为20%,但PVDF膜截留marker上交联的小分子颜料的能力很差,可考虑提升甲醇的浓度至25%(它对普通蛋白的转膜影响不太,颜料截留更 多);大蛋白转印可考虑降低甲醇浓度,另外SDS必须添加。甲醇的另一个作用是降温,旧的电转液由于电解质的消耗和甲醇的挥发,电转时电流或电压变化更 快、温度升高也更快,因此可考虑增加额外的甲醇;这点对半干转缓冲液的意义较大,因为半干转缓冲液消耗很慢,缓冲液放置的时间较久,甲醇挥发比较严重,可 临时少量补加。
湿转一般采用稳压,电压控制在120-140V,时长1-3hrs(小蛋白控制在1hr,大蛋白3hrs),有人会选择60V过夜,从实验的效率来讲太浪 费时间,对转膜到底有多大程度的增益难说,不太推荐;半干转一般稳流,依milliporePVDF膜附带说明书,当2.5-3mA/cm2,电压 25V(biorad半干仪额定值不能超过25V;amersham半干转仪,限压30V。通常跑不到这么大的电压,除非是新的滤纸或很久的转膜液,或常 温放置的转膜液,或超大的胶),时间一般15–45min(常规用0.5hr);如果是3mA/cm2,时间不要超过0.5hr。这两款仪器的限压要 求,可能出于保护仪器的目的;amersham为防止过载,当电压>30V,~35V附近的时候,保险会自动跳掉、切断电转仪电源。至于UK的,即 使整张大板胶室温电转3hr以后,最大电压仍为18V(因此足见其散热性能的优良)。注明:以上半干转仪时间的要求是针对PVDF膜的,这里面有一个很有 趣的问题。尽管厂家一再表明PVDF膜比NC膜对蛋白的截留更高(但NC带负电性,理论上它的吸附量应该更高,所以通常同样使用TBST这种低盐洗液背景 比PVDF膜高),但PVDF膜对小分子的截留明显不如NC膜,因此交联在预染marker上的颜料小分子很容易穿过PVDF膜,造成转膜过度的假象(除 可考虑提升甲醇浓度至25%外,也可以考虑增加marker的上样量);NC膜没有这种问题,所以通常它的转膜时间也是小蛋白1hr、大蛋白3hrs,电 流控制在200-300mA(16cundefined9cm大胶300mA,如果胶面积小很多可以考虑降低,实际上相当于2.5-3mA/cm2左右)。NC膜唯一不 如PVDF膜的地方,在我看来是它的强度:干燥的膜易碎。当然目前某些厂家为解决这个问题,将NC成分涂在另一种介质的表面,这种膜的支持强度和PVDF 膜类似,但转膜效率稍差于纯NC膜,且有明显的正反面;因此制作转印三明治的时候要特别注意正反面。此外,20KDa以下的蛋白宜采用0.22uM孔径的 转印膜,但也不是一定必须。
制作转膜三明治的过程中,书中强调过滤纸、胶、膜的大小最好一致,否则没有胶、膜隔开部分的滤纸会因为直接接触而产生局部短路,降低内阻增加电(压)流, 造成升温过快。但进口仪器随厂原包装附带的滤纸有限,如果每次都切割新滤纸,消耗过快、初次使用的膜转膜效率不高,且增加额外的操作。因此,实际上滤纸大 一些也不太要紧,但是我会选择已经切割好的和胶面积最接近的滤纸;通常膜的大小会严格控制在与胶面积一致或略小一点点。操作时在保证每一层均无气泡的前提 下,叠好后再碾压几个来回,力道要均匀、恰好;力量过大,胶会被拉伸,条带会扭曲、变形。碾压的目的不是为了驱赶气泡(完全可以做到叠加的时候每一层都无 任何气泡;诸如采用多层薄滤纸时可以一张张的叠加),更重要的作用是让膜和胶贴得更紧密。可以理解的是,对于蛋白分子的大小而言,胶和膜之间的间距是数十 万倍计的,因此更紧密的接触无疑是转膜成败的关键。
在早期,鄙人亦依据分子克隆的介绍,采用立春红染膜。只是后来发现此操作不仅增加额外的操作时间,而且不能说明任何问题,于是抛弃之。首先,立春红(也包 括考染胶)的灵敏度和HRP-ECL体系的灵敏度相差太远,即使立春红染膜无颜色,也无法提示WB结果会不会失败(考染胶无颜色也不能说明转膜充分了,除 非你银染),你仍然得继续后面的操作;相反靶蛋白区域有颜色,亦无法提示靶蛋白就转膜完全了,也许只是另外一个分子量大小相近的蛋白。因此,无论立春红染 膜失败或成功,你都必须进行后续的操作。而立春红染胶不仅增加额外的操作时间,而且增加一轮漂洗的操作,对膜和膜上的蛋白都不好。那么为什么不采用更直观 的预染marker做转膜监控的依据呢?理论上,同时转膜、颜色是交联到蛋白上的,因此颜色有多深表明有多少蛋白转印到膜上,非常直观、不会增加任何额外 的操作(固定marker的上样量非常必要)。当然上面提到针对PVDF膜,由于对小分子截留的局限,颜料分子会在高强度的转印过程中从交联的蛋白上脱落 并穿过膜(颜料与蛋白交联得过深会使整个lane糊掉;太紧(多)可改变蛋白构象使迁移率改变。所以多数情况下颜料和蛋白之间是一种不稳定的交联,这意味 着在某些条件下,颜料会从交联的蛋白上脱落,又因为膜分子孔径以及膜对不同物质吸附能力的差异,颜料小分子会轻易穿过膜到滤纸背面,而蛋白则被牢固的截留 在膜上),造成转膜过度的假象。现在你知道有这种局限,要么更换NC膜;要么采用上面提到的非常稳定的转膜条件、注意必要的细节,就可从根本上忽略掉其对 转膜效率的指示,而把预染的marker仅仅作为一个分子量大小的指针,当然同时可确认之前的转膜操作无误(没有插反电极,放反膜),也可为后续抗体孵育 操作时膜的正反面做必要的提示。
很多人把高背景或者黑板,认定为封闭不充分,其实这也是没有吃透WB(说实话,经常看到坛子上很多人这样给人答疑,非常的无语);实际上封闭(极端点)也 是个可有可无的步骤,真正对降低背景起核心作用的是抗体稀释液中的组分。当你的抗体使用次数较多时,基本不用封闭也可以有较低的背景;如果抗体很新,其实 封闭最短可以缩减到5min(没试过更短的,不一定不可以)。那什么导致高背景甚至黑板呢?抗体的质量不太好(主因),或者抗体稀释液的配方有问题(增大 抗体稀释比略微有所改善)。封闭液的配方可以和抗体稀释液相同,也可以不同;通常封闭液是最简单(单方)的抗体稀释液,而抗体稀释液可能是复方。
紧接封闭操作的是抗体孵育,之间不要用TBST漂洗。抗体孵育成败的关键首要在抗体本身的质量,包括抗体的效价和背景的强弱,然而历来商品化的抗体质量参 差不齐。各家生产的抗体中质量问题最严重的是scbt的抗体,但它们的价格却是最便宜的。其实,scbt在美国的售后服务还是相当不错的,只要按他们的要 求操作仍然能举证抗体的质量问题,可以更换、交换(你指定的他们销售的另外一种抗体),有时候还会附送一些ProAbeads之类的,所以不奇怪它的普及 率;也正因为此,如果你参考文献的话很容易找到这家公司的。可惜,在国内代理商不可能提供相应的服务,因此购买他们的商品存在不小的风险。所以,通常我更 推荐sigma和Abcom、R&D等。诸如Sigma公司销售的Actin,cat.A5316,cloneAC-74,Mab更是作为新手练 习专用的抗体;它的背景很低,效价很高,可以1:30,000稀释(是普通一抗效价的30倍)。此外,尽管cellsignaling是做磷酸化抗体起家 的公司,但它们的抗体的质量总体感觉也不好,所以有其它公司可以选择时,我们会刻意避免购买cellsignaling的产品,诸如Akt总抗和 Ser473(这两种抗体R&D的产品效价不错)。
抗体公司在出售抗体的时候,在广告上会玩很多花样。A.不给整张膜标记的图示。很多抗体质量不好,背景高杂带多,如果靶蛋白区域较干净时,他们通常只给很 窄的一条靶蛋白区域的图例。B.不给内源性蛋白标记的图示,用IP的样品取代。通过IP可以富集抗原,减少杂蛋白,通常很容易拿到背景很干净,信号很强的 图例。C.用制备抗体时高表达的多肽做阳性样品,不给全长蛋白的图例。由于多肽可以IP富集,且不存在空间折叠的问题(通常裸露在外),因此很容易标记。 除以上花样外,不少抗体用途上还有局限,因此挑选抗体时要睁大眼睛。
此外,有一点值得注意的是,scbt销售的抗体表面上很多(通常1ml,而别的公司通常是200ul或者100ul),然而实际上它的浓度也仅为 0.2λ,所以实际上他们抗体的质量也和其他公司的没区别都是200ug(常规)。所以在早期,我一直强调如果固定即用型一抗的浓度(稀释的一抗)为 1ug/ml时,scbt的抗体最佳稀释比为1:200。不过近来发现,实际上他们的抗体1:2K稀释效价也不错,因此也许其他公司的一抗可以进一步提高 稀释比。现在判断当时scbt抗体之所以采用1:200稀释,实际上是因为自制的ECL不够灵敏,所以建议用灵敏性更好的ECL,这样可以减少抗体的消耗 量,进一步降低实验成本。
一抗通常4度过夜,效率较常温1-1.5hrs高;二抗通常1:5K稀释,室温0.5-1hr(过久并不会明显提高信号强度甚至会减弱(相当于洗膜),同 时造成高背景进一步影响特异与非特异荧光信号强度间的对比。孵育时间过久还会迫使你延长TBST的时间,这对抗原识别能力较弱的抗体更致命)。洗膜通常用 TBST,也可以考虑高盐洗膜液(NaCl0.5M);洗膜时间一般10miundefined3或者5miundefined4。抗体孵育和洗膜时,摇床速度不能过快也不宜过慢,需 要简单摸索一下。
首先,抗原抗体识别原理的物理学解释,抗体孵育过程实际上就是一个竞争结合的动力学过程。由于抗原和抗体特异性结合的效率是非特异性结合的数百万——数十 亿倍,所以当特异性抗体与非特异性‘抗体’(不好描述,指添加在抗体稀释液中的封闭蛋白,我们可以把它们看成非特异性的一抗)竞争时,尽管抗体稀释液中封 闭蛋白的浓度是一抗浓度20K:1以上,在碰撞几率相同的条件下,由于时间的积累加孵育过程中反复漂洗(孵育抗体要摇晃,对吧),特异性一抗积累了识别、 结合优势。同样在TBST等漂洗的情况下,由于亲和力等原因,使得一抗很牢靠并进一步增加对比优势,再经过2抗特异性积累和ECL的最终放大形成特异性条 带和非特异性背景之间荧光信号的巨大差异。
2.WB结果白板(无信号)和黑板(高背景)。从抗体孵育角度解释白板和黑板问题(当然也可能与ECL显影有关,此点下一节有阐述),白板主要是可能是抗 体本身效价不高,或者抗体稀释液中封闭蛋白过多,竞争结合时封闭蛋白完全挤掉了特异性的一抗,特异性条带和非特异性背景同样结合强度——无信号。黑板,也 主要是因为抗体效价不高,而抗体稀释液中封闭蛋白的拮抗作用又没有完全发挥,此时无法有效识别抗原的一抗会等效的粘附转印膜的任何位置,显影后整张膜全 黑。
“这点非常重要”——当你的抗体标不到抗原时(白板),先弄出条带(黑板),再解决黑板(高背景)问题。第一步应该是通过倍比降低一抗的稀释比(从 1:1K降到1:500到1:250到。。。;注:二抗稀释比不要轻易改变,增加二抗浓度对WB结果不会有太明显的改变),摸索到一个可以标出信号的条 件。此时,由于一抗浓度过高,背景可能非常高,但背景的问题可以再调整,有没有特异性条带却没办法改变;实在没有靶蛋白的信号,只能更换别的公司生产的抗 体。
milk和gelatin封闭效果不错且价格便宜,但milk容易发霉变质,且国产milk脱脂不充分亦增加背景、拮抗抗原抗体结合(拮抗与抗原结合尤其 突出;更不知道三聚氰胺会不会影响抗原抗体结合或者ECL!?);BSA封闭效果不佳,且价格较昂贵。个人推荐gelatin,gelatin主要成分是 骨胶原,蛋白很大,但可以通过加热打断成小蛋白,从而实现封闭各种分子量大小的蛋白。通常,我会将gelatin加到TBST中后直接灭菌,灭菌过程中, 不溶的gelatin会逐渐溶解;由于gelatin可以灭菌(milk不可以),所以同样条件下,gelatin的存放时间明显长于milk。实际上, 抗体可以反复用很久(通常一般的抗体常规稀释比,可以连续用一个月以上;对于老手用过2、3次的旧抗体更prefer,因此背景降到很低而效价正是最高的 时候),通常抗体最后失效的原因不是因为使用次数过多,而是染菌;比较旧的抗体都会有很多的沉淀在底部,更长时间还会有异味。稀释的一抗靠添加NaN3并 于4度保存延长使用时间;二抗不能加NaN3,但放在-20度反复冻融延长使用寿命(抗体并非绝对不可以冻融;只是高浓度的原始管抗体的冻融对效价会有较 大影响)。
目前多数免费软件主要采用的是等高线定量法(VolumnContour),QuantiyOne也包含这部分内容且在网络教程里面流传最广,以至于很多 人只会这种并不准确的蛋白定量方法。等高线定量法通过半自动描绘电泳条带的等高线边缘来得到等高线区域内部面积,再将该面积乘以区域内平均光密度值得到条 带内部总的信号量。这种分析方法有明显的弊病:人为圈定背景值且假定不同泳道的背景亮度一致;等高线的绘制处于“半自动”状态,即需要人为判断作为等高线 标准的电泳条带的边缘;最致命的是在几个电泳条带距离十分接近的时候几乎无法绘制单一条带的轮廓(常出现连续的几个条带等高线相连而无法分离出单独条带的 轮廓)。
实际上,最科学、严谨的蛋白定量方法应该是泳道/条带轨迹定量法(TraceTracking)。这种方法使用起来步骤较为繁琐,必须通过泳道识别— 电泳条带识别这两个连续的步骤才能进行定量。但它最大优点在于可以完全抛弃人为主观因素进行全自动定量。他的定量方式为:首先根据不同电泳条带的光密度值 绘制光密度曲线,然后计算光密度曲线下面积作为电泳条带的定量根据。其次,它能够最大程度的排除不同泳道之间的背景差异,让各个泳道上的不同电泳条带在一 条几乎相同的起跑线上进行对比;这个背景排除功能是等高线法无法做到的。最终,采用泳道/条带轨迹定量法分析条带光密度后,再结合Gauss Model Bands对电泳条带进行数理统计。
其中“OpticalDensity”显示得是该泳道光密度值的分布情况。大家会注意到这个分布曲线并不是紧贴着纵轴,而是位于纵轴上方分布。造成这个 “悬空现象”的原因就是该泳道自身存在着一定的光密度“背景”。这个背景的存在导致该泳道上各个电泳条带之间不能处于同一水平进行对比;如果考虑到相邻的 其他泳道更是因为不同背景的存在而无法对比不同泳道上的不同电泳条带。如何去除这个背景呢?我们继续看右边的“Lane BackgroudSubstruction”对话框。这个对话框的上方“All Lanes”表示可以对所有泳道进行一次性处理;下方的“SelectedLane”表示仅针对此次选中的这个泳道进行处理。我们用鼠标选择 “Selected Lane”的“LaneOn”选项。然后在下面的“Rolling Disk Size”里填上“5”,再按“回车”键。大家再来看看现在“OpticalDensity”中出现了一条紧紧沿着光密度曲线分布的酱色曲线。这条曲线将 泳道的背景与电泳条带的光密度分布十分精确的划分开来。
“Rolling Disk Size”是什么意思呢?实际上就是数理里面的微分等差逼近。我们可以将QuantityOne提供的去除背景功能想象成是一个滚动的小球。如果这个小球 的半径越小,那么它沿着光密度曲线滚动时滚过的路径就越发精细,具体反映在酱色曲线的轨迹越发靠近黑色光密度分布曲线的基线。因此从理论上来说 “Rolling DiskSize”的取值越小,它的去除背景效果越好。大家可以试着选择一个较大的值比如80,再来看看此时酱色曲线的轨迹。当然也不能取太小的值。因为 如果取值太小,大家可以想象这个十分微小的球就会滚入光密度曲线内部,造成有效阳性信号的损失。个人感觉5~20是一个比较好的取值范围。