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告别裂解液!SNO-Biotin-PLA:内源蛋白巯基修饰原位流式检测法

2026-7-22 11:10| 发布者: 沙糖桔| 查看: 293| 评论: 0|来源: 小桔灯网丨作者:净姐

摘要: 这篇《Redox Biology》提出的 SNO-Biotin-PLA 技术,把经典生物素切换标记与高特异性邻位连接放大结合,解决了传统裂解法丢失空间信息、细胞需求量大、无法单蛋白定量的核心痛点。 ...
一氧化氮(NO)介导的S - 亚硝基化(S-nitrosylation,SNO) 是核心可逆蛋白翻译后修饰,调控肿瘤、心血管、神经退行性疾病、炎症全套信号通路。 经典金标准 Biotin-switch(BST)技术依赖细胞裂解、蛋白富集,无法保留细胞原位空间信息、需要百万级细胞样本,很难捕捉瞬时修饰动态。 2026 年在著名的氧化应激相关研究期刊《Redox Biology》发文提出SNO-Biotin-PLA联用技术,把生物素切换法与邻位连接技术(PLA)结合,实现单细胞水平原位、特异性、流式定量目标蛋白 S - 亚硝基化,完美弥补现有技术短板。





一. 背景:现有 SNO 检测方法的痛点

1

暑期经典金标准:BST 生物素切换技术溺水

原理:封闭游离巯基→还原 S-NO 生成新巯基→生物素标记修饰位点→富集 WB / 质谱鉴定。 致命缺陷 1)需要 0.25–5 mg 总蛋白,单次实验需 5×10⁶以上细胞,珍贵药物、原代细胞样本根本不够用; 2)必须裂解细胞,丢失亚细胞定位(胞内 / 膜内 / 膜外蛋白无法区分); 3)只能检测整体蛋白修饰水平,无法针对单一目标蛋白单独定量; 4)操作周期 2 天以上,流程繁琐,难以批量动力学检测。



2

其他替代技术局限

  • 荧光切换、His-tag 捕获:依旧依赖裂解富集,无原位定位能力;

  • SNO-RAC 质谱:只能全局 SNO 组学,无法单蛋白靶向分析;

  • 传统荧光标记原位法:非特异性背景高,不能精准定量修饰程度。

  • 行业空白:缺少「少量细胞、原位、靶向单一蛋白、可动态追踪」的 SNO 定量手段,SNO-Biotin-PLA 就此诞生。



二. 核心技术原理:BST 标记 + PLA 信号放大双系统联用


整体流程 8 步(分为两大模块)




1

细胞内原位 BST 生物素标记(固定通透细胞内完成,不裂解)

  • 封闭游离巯基:MMTS 甲基硫代磺酸甲酯封闭所有未发生亚硝基化的半胱氨酸 - SH;

  • 特异性还原 S-NO 键:抗坏血酸选择性打断可逆 S-NO,仅让原本修饰位点重新暴露巯基;

  • 位点生物素化:HPDP-biotin 共价标记新生巯基,把不稳定 - S-NO 永久替换成可示踪生物素标签。

  • 关键创新:整套标记在完整细胞内完成,不用裂解,保留蛋白亚细胞位置!



2

PLA 邻位连接信号放大(识别「同一蛋白上生物素 + 靶蛋白」双信号)

  • 一抗孵育:两种不同来源抗体,分别识别【目标蛋白】+【生物素标签】;

  • PLA 二抗探针结合:二抗分别偶联 PLUS/MINUS 寡核苷酸链;

  • 环化连接:两种探针距离<40 nm 时(证明生物素修饰位点在同一靶蛋白上),接头 DNA 杂交、连接酶形成环状模板;

  • 滚环扩增:DNA 聚合酶大量扩增重复序列,结合荧光探针产生极强荧光;

  • 流式细胞仪定量:荧光强度直接对应蛋白 S - 亚硝基化修饰水平。



3

技术底层逻辑

只有同一蛋白同时存在靶蛋白表位 + SNO 衍生生物素,两个 PLA 探针才会靠近产生信号;彻底排除蛋白间相互作用带来的假阳性,只统计目标蛋白自身的 S - 亚硝基化修饰。



三、实验实操:分胞内 / 胞外膜蛋白两套方案



1

通用细胞处理流程(总时长 1–1.5 天,远快于 BST-WB)

  1. NO 供体处理细胞(SNOC 短效 / GTN 长效两种给药模型);

  2. 细胞收集清洗;

  3. 分两种检测模式:

  • 胞内结构域 SNO:固定 + 透化,完整执行 BST 三步标记;

  • 细胞膜外段 SNO:跳过固定透化,全程无破膜,仅标记膜外侧半胱氨酸;

  1. 细胞原位完成 MMTS 封闭、抗坏血酸还原、HPDP 生物素标记;

  1. Duolink PLA 标准流程:封闭→双一抗过夜→PLA 探针→连接→滚环扩增→荧光显色;

  1. PBS 重悬,流式上机读取荧光信号。



2

两种 NO 刺激模型适配不同研究场景

  • SNOC(1 mM,15 min):快速释放 NO,适合短时修饰、膜外 SNO 检测;

  • Nitronal/GTN(500 μM,6–48 h):缓释 NO,适合长期修饰动力学追踪。



四、文章验证数据:特异性、动力学、多细胞系全面佐证



1

特异性对照(排除假阳性)

设置多组空白对照:不加靶蛋白一抗 / 不加抗生物素一抗 / 缺失 PLA 探针,全部无荧光信号;仅完整试剂 + NO 处理组出现强峰,证明信号完全来自 TNFR1 蛋白自身 SNO 修饰。




2

修饰动态变化可精准追踪

SW620 结肠癌细胞 TNFR1 经 GTN 处理: 6h、24h 修饰水平达到峰值;30h 逐步下降;48h 回落至基础水平,完美复现 SNO 可逆修饰动态规律; 同时用传统 BST-WB 平行验证,两种方法结果完全匹配,证明新技术可靠。




3

区分膜蛋白胞内 / 胞外修饰位点

TNFR1 胞外段含 24 个半胱氨酸,胞内仅 5 个;实验显示:膜外 SNO 荧光信号显著更强,可分别定量同一受体两段的修饰差异。



4

通用适配多种靶蛋白、细胞系

  • 膜蛋白:TNFR1(SW620 细胞);

  • 胞质蛋白:cIAP1(SW480 细胞); 两种肿瘤细胞、两种功能蛋白均稳定检出 SNO 信号,方法普适性强。



五、SNO-Biotin-PLA VS 传统 BST:五大碾压级优势


对比维度

传统 BST(WB / 质谱)

新型 SNO-Biotin-PLA

细胞用量

百万级,消耗样本多

仅 2×10⁶细胞,原代 / 珍贵样本友好

空间定位

裂解细胞,丢失亚细胞信息

完整细胞原位,区分胞内 / 膜内外修饰

靶向能力

只能全局富集,无法单蛋白定量

特异性检测单一目标蛋白SNO 修饰

检测通量

WB 周期 2 天,通量极低

流式批量检测,动力学多点快速测定

信号背景

非特异富集杂蛋白干扰

PLA 双识别,极低假阳性,定量精准



额外加分项:

  1. 避光操作窗口更短,降低 S-NO 自发降解带来的实验误差;

  2. 无需蛋白洗脱、纯化、电泳,大幅减少操作步骤;

  3. 可结合免疫荧光显微镜,也可搭配流式实现高通量批量定量。


六、技术局限客观说明


  1. 高度依赖一抗特异性:靶蛋白、抗生物素两种抗体质量直接决定结果,建议敲除细胞做阴性验证;

  2. PLA 检测距离上限 40 nm:仅能识别同一蛋白上的修饰位点,若蛋白互作产生近距离信号会轻微干扰,可通过突变 SNO 半胱氨酸位点对照排除;

  3. 仍对光敏感,BST 标记阶段需要避光操作;

  4. 仅能定量已知靶蛋白,无法像质谱一样无偏筛选全新 SNO 蛋白(两种技术互补,不替代)。


七、应用场景 & 科研转化价值



1

基础氧化还原科研

  • 肿瘤信号通路:TNFR1、凋亡蛋白 cIAP1 等 SNO 修饰调控细胞存活 / 死亡;

  • 心血管、神经退行性疾病内皮 / 神经元蛋白 NO 修饰动态;

  • 炎症通路 NO 介导翻译后修饰机制研究。



2

药物药理筛选

快速评估 NO 供体、抗氧化药物对靶蛋白 SNO 水平的调控,少量细胞即可完成多浓度、多时间梯度动力学筛选。



3

临床转化潜力

可适配原代分离病人细胞,原位检测病变相关蛋白 SNO 修饰,为 NO 通路靶向药提供细胞水平评价手段。


八、小结


S - 亚硝基化是 NO 信号最核心的翻译后修饰,但长久以来缺少原位、靶向、微量样本友好的定量工具。 这篇《Redox Biology》提出的 SNO-Biotin-PLA 技术,把经典生物素切换标记与高特异性邻位连接放大结合,解决了传统裂解法丢失空间信息、细胞需求量大、无法单蛋白定量的核心痛点。 全套方案操作简化、周期缩短,既能流式高通量定量,又能区分膜蛋白胞内 / 胞外修饰位点,是氧化还原、肿瘤、药理学研究的全新实用工具,可与 BST、质谱形成互补的完整 SNO 研究体系。


参考文献

Meunier M, Levieux E, Plenchette S. Biotin-switch technique/proximity ligation assay-based method for in situ analysis of S-nitrosylated proteins. Redox Biol. 2026 Jun 8;95:104251. doi: 10.1016/j.redox.2026.104251. Epub ahead of print. PMID: 42275698; PMCID: PMC13272535.



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