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免疫PCR技术丨基于PLA原理的寡核苷酸探针及连接子设计方案

2024-4-26 09:42| 编辑: 归去来兮| 查看: 504| 评论: 0|来源: 小桔灯网 | 作者:净姐

摘要: PLA技术是一种特殊的免疫分析方法,可用于检测目标蛋白,蛋白相互作用等等。

PLA技术

全称为Proximity Ligation Assay

是一种特殊的免疫分析方法,可用于检测目标蛋白,蛋白相互作用等等。该方法通过一对标记有一段寡聚脱氧核苷酸(单链DNA)的单克隆或者多克隆抗体的探针,即PLA probe(探针),识别目的蛋白,当这两个探针识别同一个蛋白时,两个探针之间的距离靠近,产生了所谓的邻近效应(proximity)。


然而,PLA技术仍有很多局限性,基于亲和力的免疫测定(包括PLA)的局限性之一是所谓的“hook effect”,即在高抗原浓度下信号降低,导至错误的低信号甚至假阴性,当分析物浓度超过邻近探针浓度(>>1 nM)时,“hook effect”占主导地位,有效地确定了定量上限,邻近探针浓度可能会增加,但当探针和桥接寡聚体偶然相遇时,必须小心地平衡随机背景连接事件导至的信噪比恶化。通常可以通过样品稀释来避免“hook effect”;然而,稀释改变了结合平衡。这对高亲和力的相互作用没有问题,但它可能阻止低亲和力抗体与目标分析物结合,从而限制PLA对高亲和力捕获剂的有效性。如何优化PLA技术局限性、扩展其应用范围,首先我们需要充分的认识和了解这项技术以及其发展进程。


 2002年 


Simon Fredriksson以第一作者在Nat Biotechnol期刊上发表题为“Protein detection using proximity-dependent DNA ligation assays”的文章[1],改文章主要介绍了提出了通过两个DNA适配子与目标蛋白的结合,促进寡核苷酸连接到每个适配子亲和探针,两个这样的近端探针连接产生一个可扩增的DNA序列,可扩增DNA序列的数量反映目标蛋白的特性和数量。这种邻近连接试验无需洗涤或分离步骤即可检测zeptomole (40 × 10-21 mol)量的血小板衍生生长因子(PDGF),并且该机制可推广到其他形式的蛋白质分析。



2004年


在2004年Simon Fredriksson以通讯作者在Proc Natl Acad Sci U S A期刊上发表题为“Cytokine detection by antibody-based proximity ligation”的重要文章[2]。本文介绍了一种简单方便的方法,通过寡核苷酸序列的连接将任何多克隆抗体或匹配的单克隆抗体转化为邻近探针,本文进一步构建邻近连接探针的方法,以及给出邻近连接探针的序列。通过将特定蛋白质的检测转化为DNA序列的分析,使敏感的高容量蛋白质测定成为可能。1ug抗体可制备足够10万次邻近连接试验的探针,该技术在1ul的样本中可以实现femtomolar细胞因子的检测。


2006年


Stenman 为通讯作者在Biol Chem期刊上发表题为“A sensitive proximity ligation assay for active PSA”文[3],这篇文章以PSA为检测靶标,建立了一种新的敏感的蛋白质免疫分析方法,称为邻近连接试验。在篇文章中,作者描述了一种敏感的邻近连接试验,它使用PSA结合肽和抗体作为探针来检测活性PSA。该方法的灵敏度为0.07 mg/l,大约比之前的方法低10倍。利用邻近连接法可以建立一种高度敏感的免疫肽测定方法。这一原理也适用于建立其它蛋白酶活性形式的特异性测定方法。


2007年


以Simon Fredriksson 为第一作者,在Nat Methods期刊上发表题为“Multiplexed protein detection by proximity ligation for cancer biomarker validation”文章,提出了一种基于邻近连接的多重蛋白检测程序,其中几个选定的蛋白靶标可以通过独特的核酸bar-coded扩增检测,然后通过实时PCR进行定量。该检测需要1ul样本,具有低飞摩尔灵敏度和5个对数的线性范围,并允许模块化复用和无交叉反应性。该程序可以使用单个多克隆抗体用于每个目标蛋白检测,简化了新的候选生物标志物亲和力试剂的创建。


2018年


Henrik H. J. Persson为通讯作者在Proc Natl Acad Sci U S A期刊上发表题为“Streamlined circular proximity ligation assay provides high stringency and compatibility with low-affinity antibodies”的文章[5],提出了一种高度特异的环状邻近连接试验(c-PLA),它在严格性、易用性和与低亲和力试剂的相容性方面优于传统PLA。在c-PLA中,两个邻近探针与一个分析物结合,提供了一个支架来定位两个游离的寡核苷酸,使它们可以连接到一个环状DNA分子中。这种检测模型稳定抗原邻近探针复合物,并通过降低随机背景连接事件的概率来提高检测的准确。环状形成也增加了选择性,因为未环状的DNA可以通过酶解法去除。通过该方法与传统PLA方法在几个生物标志物上进行了比较,结果表明c-PLA的更高严格性提高了其在缓冲液和人血浆中的重复性和敏感性。


2018年


Ulf Landegren为通讯作者在Sci Rep期刊上发表题为“Improved efficiency of in situ protein analysis by proximity ligation using UnFold probes”的文章[6],重新设计了用于原位邻近连接试验(PLA)的探针,使目标蛋白的定位检测更加高效。原位PLA依赖于一对对抗体-寡核苷酸偶联物(PLA探针)对目标蛋白的识别,它们共同产生DNA环,模板定位的滚环扩增反应。对靶蛋白的双重识别需要通过忽略抗体之外的任何交叉反应来提高选择性,并且允许检测蛋白-蛋白相互作用和翻译后修饰。在本文中描述了PLA探针的一种改进设计——UnFold probes,其中形成环状DNA链所需的所有元素都被纳入探针中。通过在检测反应中包括酶促“unfolding”步骤来防止展开探针之间的过早相互作用。这使得只有在去除多余的试剂后,一对对试剂才能形成DNA环。


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参考文献:

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[1] Fredriksson S, Gullberg M, Jarvius J, Olsson C, Pietras K, Gústafsdóttir SM, Ostman A, Landegren U. Protein detection using proximity-dependent DNA ligation assays. Nat Biotechnol. 2002 May;20(5):473-7. doi: 10.1038/nbt0502-473. PMID: 11981560.

[2] Gullberg M, Gústafsdóttir SM, Schallmeiner E, Jarvius J, Bjarnegård M, Betsholtz C, Landegren U, Fredriksson S. Cytokine detection by antibody-based proximity ligation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 Jun 1;101(22):8420-4. doi: 10.1073/pnas.0400552101. Epub 2004 May 21. PMID: 15155907; PMCID: PMC420409.

[3] Zhu L, Koistinen H, Wu P, Närvänen A, Schallmeiner E, Fredriksson S, Landegren U, Stenman UH. A sensitive proximity ligation assay for active PSA. Biol Chem. 2006 Jun;387(6):769-72. doi: 10.1515/BC.2006.096. PMID: 16800738.

[4] Fredriksson S, Dixon W, Ji H, Koong AC, Mindrinos M, Davis RW. Multiplexed protein detection by proximity ligation for cancer biomarker validation. Nat Methods. 2007 Apr;4(4):327-9. doi: 10.1038/nmeth1020. Epub 2007 Mar 18. PMID: 17369836.

[5] Jalili R, Horecka J, Swartz JR, Davis RW, Persson HHJ. Streamlined circular proximity ligation assay provides high stringency and compatibility with low-affinity antibodies. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018 Jan 30;115(5):E925-E933. doi: 10.1073/pnas.1718283115. Epub 2018 Jan 16. PMID: 29339495; PMCID: PMC5798375.

[6] Klaesson A, Grannas K, Ebai T, Heldin J, Koos B, Leino M, Raykova D, Oelrich J, Arngården L, Söderberg O, Landegren U. Improved efficiency of in situ protein analysis by proximity ligation using UnFold probes. Sci Rep. 2018 Mar 29;8(1):5400. doi: 10.1038/s41598-018-23582-1. PMID: 29599435; PMCID: PMC5876389.


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