舉世矚目的基因組計劃使大量的新基因不斷被發(fā)現(xiàn)，然而單純的基組DNA序列尚不能解答許多生命問題?；蚴窍鄬o態(tài)的，而基因編碼的產(chǎn)物－蛋白質(zhì)則是動態(tài)的，具有時空性和調(diào)節(jié)性，是生物功能的主要體現(xiàn)者和執(zhí)行者。蛋白質(zhì)的表達水平、存在方式以及相互作用等直接與生物功能相關(guān)。

在所有生命活動中，蛋白質(zhì)之間的相互作用是*的，它是細胞進行一切代謝活動的基礎。細胞接受外源或是內(nèi)源的信號，通過其*的信號途徑，調(diào)節(jié)其基因的表達，以保持其生物學特性。在這個過程中，蛋白質(zhì)占有很重要的地位，它可以調(diào)控，介導細胞的許多生物學活性。

雖然有一些蛋白質(zhì)可以以單體的形式發(fā)揮作用，但是大部分的蛋白質(zhì)都是和伴侶分子一起作用或是與其他蛋白質(zhì)形成復合物來發(fā)揮作用的。因此，為了更好地理解細胞的生物學活性，必須很好地理解蛋白質(zhì)單體和復合物的功能，這就會涉及到蛋白質(zhì)相互作用的研究。在現(xiàn)代分子生物學中，蛋白質(zhì)相互作用的研究占有非常重要的地位。因此，揭示蛋白質(zhì)之間的相互作用關(guān)系、建立相互作用關(guān)系的網(wǎng)絡圖，已成為蛋白質(zhì)組學研究中的熱點。

一、生物物理學方法

1.  融合蛋白pull-down實驗

融合蛋白pull-down技術(shù)基本原理是將一種蛋白質(zhì)固定于某種基質(zhì)上（如Sepharose），當細胞抽提液經(jīng)過該基質(zhì)時，可與該固定蛋白相互作用的配體蛋白被吸附，而沒有被吸附的“雜質(zhì)"則隨洗脫液流出。

被吸附的蛋白可以通過改變洗脫液或洗脫條件而回收下來。為了更有效地利用pull-down技術(shù)，可以將待純化地蛋白以融合蛋白地形式表達，即將“誘餌"蛋白與一種易于純化地配體蛋白相融合。1988年Smith等利用－S－轉(zhuǎn)移酶（glutathione-S-transferase ，GST）融合標簽從細菌中一步純化出GST融合蛋白。從此GST融合蛋白在蛋白質(zhì)相互作用研究領(lǐng)域里得到了的推廣。

GST融合蛋白在經(jīng)過固定有GST（glutathione）的色譜柱時，就可以通過GST與GSH的相互作用而被吸附。當再有細胞抽提物過柱，就可以得到能夠與“誘餌"蛋白相互作用的興趣蛋白。一般來說，GST融合蛋白pull-down方法用于兩個方面：一是鑒定能與已知融合蛋白相互作用的未知蛋白質(zhì)；二是鑒定兩個已知蛋白質(zhì)之間是否存在相互作用。

該方法比較簡便，避免了使用同位素等危險物質(zhì)，在蛋白質(zhì)相互作用研究中有很廣泛的應用。類似的融合蛋白很多，如與葡萄球菌蛋白A融合的“誘餌"蛋白可以通過固定有IgG的色譜柱進行純化；與寡聚肽段融合的“誘餌"蛋白可以通過結(jié)合Ni2+的色譜柱進行純化；與二氫還原酶融合的“誘餌"蛋白可以通過固定有氨甲喋呤的色譜柱進行純化等等。

2.  親和印跡

親和印跡是將聚丙烯酰胺凝膠電泳分離后的蛋白樣品轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上，然后檢測哪種蛋白能與標記了的“誘餌"蛋白發(fā)生作用。此方法所要考慮的是如何保持膜上蛋白的生物活性，如何得到純化的“誘餌"蛋白等。

3.  免疫共沉淀

如果在非變性的條件下裂解細胞，蛋白質(zhì)之間的相互作用還可以保持，所以就可利用免疫共沉淀方法找出相互作用的蛋白質(zhì)。這其中的例子包括Harlow等。

利用抗體沉淀腺病毒的EIA蛋白時發(fā)現(xiàn)了真核細胞中有與EIA蛋白特異結(jié)合的蛋白質(zhì)；McMahon等利用該方法確定了轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白質(zhì)可以與E2F1和c-Myc轉(zhuǎn)錄因子相互作用的蛋白質(zhì)。

免疫共沉淀既可以用于檢驗已知的兩個蛋白質(zhì)在體內(nèi)的相互作用，也可以找出未知的蛋白質(zhì)相互作用，不管是兩者的哪個，其原則都是一樣的，都需要用特異性的抗體與其中的一種蛋白質(zhì)結(jié)合，之后通過蛋白質(zhì)A或蛋白質(zhì)G-瓊脂糖微珠將復合物沉淀下來，然后用SDS-PAGE鑒定。

免疫共沉淀中設置正確的對照非常重要，因為該方法可能出現(xiàn)假陽性的概率比較高，設置的對照包括：在對照組中使用對照抗體，以缺失目的蛋白的細胞系作為陰性對照等等。

4.  熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)

熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)的原理是：處于激活狀態(tài)的供體，可以將其本身的熒光傳遞到與之十分鄰近（通常在10 nm 之內(nèi)）的受體上。因此，如果用遺傳突變的綠色熒光蛋白（GFP）或是合成的熒光染料標記蛋白質(zhì)，則可以通過熒光體之間的能量傳遞來確定兩蛋白質(zhì)的相互作用。

這種方法較之上述的方法有兩個優(yōu)點：

（1）蛋白質(zhì)之間的相互作用是發(fā)生在完整細胞里，比較完整地反映了蛋白質(zhì)在生理狀態(tài)的活動。

（2）利用這種方法，可以觀察到蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的定位。

二、分子生物學方法

1.  噬菌體展示技術(shù)

噬菌體展示技術(shù)是在深刻理解噬菌體遺傳學和生理學特性的基礎上產(chǎn)生的。其原理是將蛋白質(zhì)文庫整合到一個簡單的噬菌體顆粒中，利用目的蛋白質(zhì)與特異配基的親和力，篩選和配基特異結(jié)合的蛋白質(zhì)。噬菌體展示技術(shù)一般要經(jīng)過多輪的篩選，這樣就可以得到在文庫中含量很低的與配基特異作用的蛋白質(zhì)。

2.  酵母雙雜交

1989年Field等發(fā)明了酵母雙雜交系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用了酵母的生長轉(zhuǎn)錄因子GAL4含有的兩個結(jié)構(gòu)域， DNA 結(jié)合域（DNA binding domain， BD）及轉(zhuǎn)錄激活域（DNA activating domain，AD），將已知基因（誘餌基因）和靶基因或含有靶基因的cDNA分別構(gòu)建在含BD及AD質(zhì)粒載體上，當這兩種質(zhì)粒共同轉(zhuǎn)化酵母感受態(tài)細胞，若BD結(jié)合的誘餌蛋白能夠與AD結(jié)合的靶蛋白或文庫中某些cDNA編碼的蛋白相互作用、彼此間結(jié)合時，則會導致位于側(cè)翼的BD與AD在空間上接近，呈現(xiàn)GAL4轉(zhuǎn)錄因子的*活性，啟動下游的報告基因如His及LacZ等基因的表達，從而在特定的缺陷培養(yǎng)基上生長。

因此，利用酵母雙雜交系統(tǒng)能夠篩選與誘餌蛋白相互作用的蛋白，還可以研究已知蛋白間的相互作用。利用酵母雙雜交技術(shù)篩選cDNA文庫分離與誘餌蛋白相互作用的蛋白或研究蛋白間的相互作用，一般首先考慮的問題是誘餌載體的構(gòu)建。編碼誘餌蛋白的基因經(jīng)酶切處理后，按照正確的讀碼框與誘餌載體如pGBTK7相連接，再經(jīng)酶切或測序做進一步的驗證分析。

構(gòu)建好誘餌載體還要同時轉(zhuǎn)化誘餌蛋白酵母菌株如Y187和靶蛋白酵母菌株如AH109，進行毒性和自激活性檢測，證明誘餌蛋白的表達對酵母正常生長沒有毒性，同時也不能自身激活酵母報告基因的表達，可用于篩選文庫或研究蛋白間的相互作用。第二個要考慮的問題就是靶蛋白載體或酵母雙雜cDNA文庫的構(gòu)建。

一般在編碼靶蛋白的基因或cDNA兩端加上同源重組序列，然后與靶蛋白載體如pGADT72Rec共同轉(zhuǎn)化靶蛋白酵母菌株如AH109，在酵母同源重組酶的作用下，靶蛋白基因或cDNA序列整合到載體上，完成靶蛋白載體或cDNA文庫的構(gòu)建。zui后一步就是篩選文庫或直接研究兩個蛋白間的相互作用。

分別含有誘餌蛋白載體和靶蛋白載體的酵母雜交后，在酵母體內(nèi)融合表達BD誘餌和AD靶蛋白。誘餌蛋白和靶蛋白的相互作用，導致位于側(cè)翼的BD與AD在空間上接近，呈現(xiàn)GAL4轉(zhuǎn)錄因子的*活性，啟動下游的報告基因如His及LacZ等基因的表達，根據(jù)報告基因的表達情況，從而達到分離蛋白或研究蛋白互作的目的。

三、遺傳學技術(shù)

合成致死篩選

合成致死效應是指兩個基因同時發(fā)生突變時會產(chǎn)生致死效應，而當每個基因單獨發(fā)生突變時，則無致死效應。這總遺傳學方法可以用于分析兩個育幼相同重要功能的蛋白之間的相互作用。由于合成致死突變株是不能存活的，不能直接得到致死菌株，因此，在實驗室中多使用條件突變菌株。如溫度敏感菌株是可以在某些溫度條件下致死的突變型。合成致死篩選所得到的兩種相互作用蛋白可能是同一復合物的兩種組分或是一種蛋白對另一種蛋白所有的調(diào)節(jié)作用。

四、展望

蛋白質(zhì)組學的發(fā)展促進了多種研究技術(shù)的開發(fā)和完善，越來越多的技術(shù)趨向于大規(guī)模、高通量方向發(fā)展。同時，物理學、化學、信息學等基礎學科研究的發(fā)展也大大促進了這些技術(shù)的改進。

新近發(fā)展的計算機分析方法，以基因序列和基因組信息為基礎預測蛋白質(zhì)相互作用，并涉及對參與蛋白質(zhì)相互作用的表面殘基的預測。

依賴基因序列來分析蛋白質(zhì)相互作用的分析方法正在形成。而這些的、簡易的、大規(guī)模分析蛋白質(zhì)相互作用的技術(shù)發(fā)展又推動了蛋白質(zhì)組學的進步?？梢灶A見在不久的將來，隨著基因組研究和蛋白質(zhì)組學的不斷深入，生命科學中的種種疑難將被逐一攻破。