重組
蛋白表達在現代生物學技術發展中起著重要的推動作用。通過利用宿主實現外源性蛋白表達,為一些重要蛋白尤其是人源蛋白的結構和功能研究的提供了強有力的工具。為了能夠進行后續的結構功能研究，所獲得的重組蛋白必須可溶，穩定，正確折疊以及具有生物活性。
然而，實際研究中，這些往往成為獲得一個理想重組蛋白的障礙。重組蛋白表達的可溶性成為首要解決的問題。因此，許多融合標簽被引入。本文介紹下常用的促溶標簽特點以及選擇，希望對大家實驗中遇到的重組蛋白溶解性問題有所幫助。
常用促溶標簽特點
01 麥芽糖結合蛋白
麥芽糖結合蛋白（Maltose binding protein，MBP）是大腸桿菌K12品系中的一個自由蛋白，由malE基因編碼，分子量為42kDa，屬于大腸桿菌吸收和分解麥芽糖通路的一員。
MBP標簽*出色的特點是它強大的促溶能力。主要表現在兩方面：促溶范圍廣，促溶效率高。MBP標簽得到廣泛應用的另一個重要原因是它能夠通過標簽和直鏈淀粉特異結合并在10mmol/L麥芽糖非變性條件下洗脫，從而實現單極純化。另外，將MBP融合在N端或C端都具有促溶作用。目前已經有商業化的MBP融合標簽載體來適應研究需要。
02 谷胱甘肽巰基轉移酶
谷胱甘肽巰基轉移酶（Glutathione S- transferase， GST）, *初被發現于日本血吸蟲，蛋白大小26kDa，是一個常用的可溶性親和純化標簽。
GST*突出的優點是它能夠與固定的谷胱甘肽產生親和力，在10mmol/L還原型谷胱甘肽的非變性條件下洗脫，*終達到親和純化目的。GST對重組蛋白還有另一個有利作用，就是減少宿主內到那邊的降解，增加蛋白穩定性。但是有報道指出GST的促溶效果并不十分明顯。
03 硫氧還蛋白
硫氧還蛋白（Thioredoxins）是一系列廣泛存在于生物體內的氧化還原酶，它能通過置換硫代二硫化物來減少二硫鍵的結合。常用作融合表達標簽的硫氧還蛋白A(TrxA), 分量為11.6kDa，來源于大腸桿菌。
TrxA標簽*獨特的優點是它的熱穩定性。TrxA本身不作為親和標簽來進行重組蛋白優化，而是通過在高溫條件下將雜蛋白變性去除而重組蛋白得以保存。TrxA也具有極好的促溶效率，用作促溶標簽時可將重組蛋白的可溶性表達從12%提高至95%。
04 小泛素樣修飾蛋白
小泛素樣修飾蛋白（small ubiquitin-related modifier，SUMO）在真核生物中極為普遍存在，而原核生物中未曾發現。常用作融合標簽的SUMO來源于啤酒酵母，分子量11.5kDa。
SUMO標簽的特點是能夠被SUMO蛋白酶特異識別并高效降解，使得后續標簽移除過程準確高效。SUMO標簽不僅能夠加強重組蛋白的可溶性，也能提高其表達量。
由于真核
細胞內存在內源性SUMO蛋白酶，所以野生型SUMO標簽不能在真核表達體系中應用。LifeSensors公司已經開發出工程改造的SUMO標簽及配套的特異性蛋白酶，使得SUMO標簽可以適用于酵母，
昆蟲細胞和哺乳動物細胞等真核表達體系。
05 NusA標簽
NusA蛋白（N-utilization substance A）是大腸桿菌中一類轉錄延長的抗終止因子，分子量約55kDa。
由于NusA有著促進DNA轉錄和減緩翻譯的生物活性，使得表達出來的蛋白有更多時間進行折疊，能讓重組蛋白得到穩定和有活性的表達，即使不移除NusA標簽，融合蛋白依舊能存在活性。
06 其他促溶標簽
有很多促溶標簽因其自身特有的性質，常用作有某種特定性質的目的蛋白融合表達。例如，來源于大腸桿菌的I型蛋白質二硫鍵異構酶DsbA具有高度親水性，能夠促進蛋白的可溶性表達。而且由于DsbA可以利用它具有的信號肽從細胞質向細胞周質間隙運輸，可以利用這個標簽進行蛋白分泌表達。砷酸鹽氧化還原酶（ArsC）可以促進有聚集傾向的外源蛋白在大腸桿菌中的可溶性表達。
促溶標簽新的研究進展
串聯標簽的使用
膜蛋白的可溶性表達
常用促溶標簽的新衍生物
新促溶標簽的發現
1.串聯標簽的使用
TrxA, SUMO, NusA等這些促溶標簽本身不能用于親和純化，所以需要和其他的親和標簽串聯使用來對融合蛋白進行純化，*常見的親和標簽為多聚組氨酸標簽（his-tag）。
有些重組蛋白純化后，需要將標簽蛋白去除，*終獲得目的蛋白進行后續結果和功能研究。常見做法是在標簽蛋白和目的蛋白之前加入特定序列的多肽作為標簽移除蛋白酶的識別位點，如腸激酶，Xa因子，TEV以及凝血酶（thrombin）等。這些蛋白酶將標簽蛋白切除后，會在目的蛋白N端留下氨基酸殘基，而SUMO標簽的蛋白酶能夠特異識別SUMO的三級結構并在其C端Gly-Gly序列后進行切除，通過這個方法能獲得具有天然N段的目的蛋白。
不同標簽聯合使用能產生不同的效果，這需要根據研究需求和目的蛋白特性來進行靈活組合，有研究者利用GFP綠色熒光蛋白的熒光特性，將GFP標簽和MBP標簽以及親和純化標簽HIS 三級串聯，用古語表達肝素酶I(HepA), 該方法不僅獲得了高純度可溶HepA, 還可以對目的蛋白生產過程中的生物活性實時監控。
2.膜蛋白的可溶性表
膜蛋白存在于脂質的生物膜上，具有疏水性，而且重組表達時容易出現表達和錯誤折疊等情況，所以膜蛋白的重組表達有很多困難。我們可以在需要表達的膜蛋白上融合促溶標簽得到可溶重組蛋白。有研究表明，MBP, Trx和SUMO等標簽，可以增加膜蛋白的溶解性和表達量，尤其是小分子量的膜蛋白（10-20kDa）。
3.常用促溶標簽的新衍生物
為了使常用促溶標簽能滿足更多的應用需求，可以對現有標簽進行改造或者尋找標簽蛋白的其他物質表達形式。比如為了解決GST融合蛋白寡聚后導致的純化洗脫困難，可以用硫-甲基化谷胱甘肽替代谷胱甘肽提高洗脫效果。來源于熱球菌屬的MBP可以作為耐熱標簽來表達熱穩定的重組蛋白。
4.新促溶標簽的發現
一些新興的促溶標簽正在不斷被發現和應用。比如某些在噬鹽細菌中應用的促溶蛋白正在被研究，并有希望成為獨特的新型促溶標簽。通過人工改造合成的多肽片段也可以作為促溶標簽使用。
標簽選擇
在選擇促溶標簽的時候，應該充分考慮各種因素，如該標簽是否可以用來親和純化，是否對目的蛋白空間結構和生物活性有影響，以及成本和技術路線簡單快捷。在充分了解各標簽的特點和自身需要的基礎上做出合適選擇。為了快速選擇合適目的蛋白的促溶標簽，目前比較可行的一個辦法是在構建融合表達時，平行構建多個不同標簽的促溶表達載體，根據表達純化結果，進行重組蛋白的生產。
原創作者：上海遠慕生物科技有限公司
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