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(策略篇)S5E07:信号通路研究策略三步骤

如何研究信号通路是大家都比较头痛的主题,今天我们就来理一理信号通路研究中的常用策略。

以信号通路为主题的研究,一般来说,按照研究深度可以分为包括:效应、通路、分子和序列四个层面,研究步骤如下:


一、 从效应出发(如细胞凋亡),通过涵盖多通路的手段进行中等通量的筛选(蛋白或者RNA水平,比如蛋白芯片或者PCR芯片等),以确定参与该效应的通路,以及该通路的激活或者抑制状态;

二、 以某一通路为单位,通过低通量实验WB、qPCR等手段,明确通路中的关键分子的变化,比如表达差异、定位异常、活性变化等;

三、以某一分子为单位,通过分子共表达相关性、分子互作手段(如IP、GST-Pull down等)、分子定位、活性、构象等检测手段,进一步明确分子作用的方式,以及结合的序列、结构域等。

第一步骤的研究是以效应为单位的分解,分解产出是通路。这里说的效应是比较大的概念,比如既可以是疾病水平,又可以是细胞水平,比如在确定肿瘤转移相关通路时,既可以通过转移、非转移样本进项筛选,又可以通过不同转移能力的细胞系进行筛选,这时基本单元是通路,而通路的状态又可以分为激活、抑制等。那么如何判断一条通路是被激活还是被抑制?答案是看通路的下游效应分子应答表现,比如被上调、被激活还是重定位等等。

第二步骤的研究是以通路为单位的分解,分解产出是分子。通路与分子类似,既可以看通路被激活、抑制的上游即原因,也可以看通路被激活、抑制的下游即结果, 不过很少说通路被上下调。即:我们看到的是一个黑箱(Black Box),我们知道效应改变下某一通路被激活或抑制,而通路涉及太多分子,信号在通路中逐级放大。我们可能检测到了一些分子在通路中异常,却不知道哪些分子是信号接收放大的起点。因此第二步骤的目的是从诸多分子中找到通路中信号接收的起点从通路到信号接收分子的实验方法一般有:共表达关系、直接互作、共定位等。

第三步骤的研究是以分子为单位的分解,分解产出是序列。这一步骤承接第二步,在找到关键分子后,对分子进行分解到结构域和位点, 一般做到这个程度的话就已经非常偏基础了, 这也是高分文章通路研究中的不成文规定。

下面我们举个例子:lncRNA ABC-AS上调ZYX激活TGFβ通路促进肝纤维化的分子机制

  • TGFβ通路是肝纤维化的重要通路;

  • ZYX是TGFβ通路的关键分子;

  • lncRNA ABC-AS与基因ZYX表达显著正相关;

  • lncRNA ABC沉默后ZYX蛋白表达下调,mRNA无变化,说明lncRNA ABC对ZYX的调控发生在蛋白水平;

  • 共定位检测发现两者共定位于胞浆;

  • COIP发现ZYX与E3泛素连接酶UXX结合,暗示蛋白泛素化参与lncRNA ABC对ZYX的调控;

  • lncRNA ABC沉默后TGFβ通路被抑制,细胞表型和TGFβ通路下游效应分子表达、活性变化,与TGFβ通路抑制剂效果一致;

  • 功能回复:lncRNA ABC沉默,ZYX过表达后细胞表型和TGFβ通路下游效应分子表达、活性变化,说明lncRNA ABC通过ZYX起作用;

  • 通过RIP、RNA-Pulldown发现lncRNA ABC-AS与蛋白ZYX直接结合;

  • 分析构建ZYX、lncRNA ABC的全长和片段序列,分别构建克隆,通过RIP、RNA-Pulldown进一步验证lncRNA ABC与ZYX结合的序列、结构域;

  • lncRNA ABC参与E3泛素连接酶UXX介导的ZYX的降解的方式研究

……

最后说明一下,通路的方式差异太大,今天的内容理论性比较强,而且多数是经验之谈,下次我们通过这篇文章来讲通路的研究方法:AMPK-SKP2-CARM1 signalling cascade in transcriptional regulation of autophagy.Nature. 2016 Jun 15.(下载链接:http://pan.baidu.com/s/1eRTH8fo 密码:4uhk)


That’s all. Thank you!



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