技術文章
Technical articles1 圖象分析技術(Image analysis)
“滿天星”式的2-DE圖譜分析不能依靠本能的直覺,每一個圖象上斑點的上調、下調及出現、消失,都可能在生理和病理狀態(tài)下產生,必須依靠計算機為基礎的數據處理,進行定量分析。 在一系列高質量的2-DE凝膠產生(低背景染色,高度的重復性)的前提下,圖象分析包括斑點檢測、背景消減、斑點配比和數據庫構建。 首先,采集圖象通常所用的系統是電荷耦合CCD(charge coupled device)照相機;激光密度儀(laser densitometers)和Phospho或Fluoroimagers,對圖象進行數字化。 并成為以象素(pixels)為基礎的空間和網格。 其次,在圖象灰度水平上過濾和變形,進行圖象加工,以進行斑點檢測。 利用Laplacian,Gaussian,DOG(difference of Gaussians) opreator使有意義的區(qū)域與背景分離,限定斑點的強度、面積、周長和方向。
圖象分析檢測的斑點須與肉眼觀測的斑點一致。 在這一原則下,多數系統以控制斑點的重心或高峰來分析,邊緣檢測的軟件可描述斑點外觀,并進行邊緣檢測和鄰近分析,以增加度。 通過閾值分析、邊緣檢測、銷蝕和擴大斑點檢測的基本工具還可恢復共遷移的斑點邊界。 以PC機為基礎的軟件Phoretix-2D正挑戰(zhàn)古老的Unix為基礎的2-D分析軟件包。 第三,一旦2-DE圖象上的斑點被檢測,許多圖象需要分析比較、增加、消減或均值化。 由于在2-DE中出現的重復性是很困難的,由此凝膠間的蛋白質的配比對于圖象分析系統是一個挑戰(zhàn)。 IPG技術的出現已使斑點配比變得容易。 因此,較大程度的相似性可通過斑點配比向量算法在長度和平行度觀測。 用來配比的軟件系統包括Quest,Lips,Hermes,Gemini等,計算機方法如相似性、聚類分析、等級分類和主要因素分析已被采用,而神經網絡、子波變換和實用分析在未來可被采用。 配比通常由一個人操作,其手工設定大約50個突出的斑點作為“路標”,進行交叉配比。 之后,擴展至整個膠。
例如:的PI和MW(分子量)的估計通過參考圖上20個或更多的已知蛋白所組成的標準曲線來計算未知蛋白的PI和MW。 在凝膠圖象分析系統依據已知蛋白質的pI值產生PI網絡,使得凝膠上其它蛋白的PI按此分配。 所估計的度大大依賴于所建網格的結構及標本的類型。 已知的未被修飾的大蛋白應該作為標志,變性的修飾的蛋白的PI估計約在±0。25個單位。 同理,已知蛋白的理論分子量可以從數據庫中計算,利用產生的表觀分子量的網格來估計蛋白的分子量。 未被修飾的小蛋白的錯誤率大約30%,而翻譯后蛋白的出入更大。 故需聯合其他的技術完成鑒定。
2 微量測序(microsequencing)
蛋白質的微量測序已成為蛋白質分析和鑒定的基石,可以提供足夠的信息。 盡管氨基酸組分分析和肽質指紋譜(PMF)可鑒定由2-DE分離的蛋白,但普通的N-末端Edman降解仍然是進行鑒定的主要技術。 目前已實現蛋白質微量測序的自動化。 首先使經凝膠分離的蛋白質直接印跡在PVDF膜或玻璃纖維膜上,染色、切割,然后直接置于測序儀中,可用于subpicomole水平的蛋白質的鑒定。 但有幾點需注意:Edman降解很緩慢,序列以每40 min 1個氨基酸的速率產生;與質譜相比,Edman降解消耗大;試劑昂貴,每個氨基酸花費3~4$。 這都說明泛化的Edman降解蛋白質不適合分析成百上千的蛋白質。 然而,如果在一個凝膠上僅有幾個有意義的蛋白質,或者如果其他技術無法測定而克隆其基因是必需的,則需要進行泛化的Edman降解測序。
近來,應用自動化的Edman降解可產生短的N-末端序列標簽,這是將質譜的序列標簽概念用于Edman降解,業(yè)已成為一種強有力的蛋白質鑒定。 當對Edman的硬件進行簡單改進,以迅速產生N-末端序列標簽達10~20個/d,序列檢簽將適于在較小的蛋白質組中進行鑒定。若聯合其他的蛋白質屬性,如氨基酸組分分析、肽質質量、表現蛋白質分子量、等電點,可以更加可信地鑒定蛋白質。 選擇BLAST程序,可與數據庫相配比。 目前,采用一種Tagldent的檢索程序,還可以進行種間比較鑒定,又提高了其在蛋白質組研究中的作用。
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