LLPS蛋白研究入门 | 相分离蛋白与常规蛋白提取有哪些不同?

所属分类: 技术干货

发布时间: 2026-06-08

概要: 丸子整理比较了相分离蛋白与常规球状蛋白的提取与纯化策略,同时整合了当前主流实验方案中的关键操作要点与常见“陷阱”,希望给需要做相分离研究的各位研究者提供可参考的实践经验。




液液相分离(LLPS)正在重塑我们对细胞内无膜细胞器的认知。在开展相关研究的过程中,大家会发现获得高纯度且保留活性的相分离蛋白是一个关键挑战。这类蛋白富含内在无序区(IDRs),天然倾向于自我聚集,因此传统的蛋白纯化策略往往难以奏效。

那么,相分离蛋白提取与常规蛋白提取究竟有哪些不同呢?

丸子整理比较了相分离蛋白与常规球状蛋白的提取与纯化策略,同时整合了当前主流实验方案中的关键操作要点与常见“陷阱”,希望给需要做相分离研究的各位研究者提供可参考的实践经验。

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一、底层热力学逻辑:纯化目标不同


1. 常规球状蛋白纯化:

核心逻辑「构象锁定」


球状蛋白依靠疏水内核形成稳定、单一的三级折叠结构。



纯化设计初衷:

维持蛋白天然折叠状态,规避环境扰动造成疏水塌陷、不可逆变性聚集。



实验偏好:

生理盐浓度(100–300 mM NaCl)、贴近等电点pH、低温温和环境,严控高盐、强变性剂使用。

2. 相分离IDP蛋白纯化:

核心逻辑「动态相变调控」


FUS、TDP-43等相分离蛋白天然缺乏规整三级结构,IDR/LCD结构域持续发生π-π、阳离子-π多价弱相互作用,生理浓度即可自发发生液液相分离。



纯化设计初衷:

依靠空间屏障+化学缓冲抑制分子间交联,拿到单体蛋白;去除保护条件后,蛋白可在生理环境正常重现液滴相变。



两类蛋白纯化关键参数简表



丸子敲黑板

两类纯化核心分水岭:常规怕高盐变性,相分离怕低盐抱团。

二、五大实操细节差异


1. 细胞裂解与缓冲液pH调控



① 常规蛋白:

缓冲液pH贴近蛋白pI(±0.5),生理盐配比,少用强去垢剂;



② 相分离蛋白:

缓冲液pH偏离蛋白等电点≥1~2个pH单位,避免电荷归零诱发聚集;

难溶型TDP-43裂解添加0.2% Sarkosyl阴离子去垢剂;FUS标准裂解液固定1M NaCl+RNase A,彻底破除RNA-蛋白共凝聚;包涵体来源蛋白直接采用6M盐酸胍/8M尿素全变性溶解。

2. 融合标签选型逻辑分化

标签在两类纯化中功能完全不同:



① 常规蛋白:

His、FLAG仅作为亲和富集位点,短标签即可满足纯化需求;



② 相分离蛋白

MBP(40.3kDa):首选标签,依靠庞大球状结构形成空间位阻,封闭低复杂度结构域,大幅抬升蛋白相变临界浓度;

Twin-Strep:分子量~3kDa,无空间屏蔽效果,但耐受高盐、尿素、强去垢剂,适配变性条件下纯化;

6×His:仅作为串联辅助标签,单独使用无法抑制IDR聚集。



丸子敲黑板

单用6×His标签纯化FUS、FET家族蛋白,原核表达大概率全部形成包涵体。

3. 核酸污染防控(相分离独有的风险)



① 常规蛋白:

微量核酸仅造成紫外读数偏移,常规洗涤即可去除,对蛋白活性影响微弱;



② 相分离RNA结合蛋白:

长链RNA充当多价支架,微量核酸即可大幅降低相变临界浓度,蛋白在层析柱内提前液化沉淀,甚至不可逆纤维化。



标准化除核酸方案(沿用FUS经典方案):

 裂解后即时添加RNase A/Benzonase广谱核酸酶;

 Ni-NTA层析≥20倍柱体积1M NaCl大规模洗杂;

 洗脱质控:A260/A280控制在0.50~0.71区间。

4. TEV标签酶切与SEC精纯



标签切除

 常规蛋白:4℃静置过夜酶切,体系无聚集风险;

 相分离蛋白:MBP切除瞬间空间保护消失,极易瞬间相变浑浊,需三种控条件:

  • 1) 蛋白稀释至远低于体外相变临界浓度;

  • 2) 500mM以上高盐缓冲液中酶切;

  • 3) 50–200mM游离精氨酸添加,竞争包裹蛋白疏水区域。



SEC凝胶过滤

 常规蛋白:按理论分子量对应出峰;

 相分离蛋白:无序结构水合半径偏大,表观分子量虚高、易吸附填料,流动相维持200–750mM NaCl+2mM DTT,削弱非特异吸附与巯基氧化交联。

5. 浓度测定与样品保存



耗材选择:

常规蛋白可用普通聚丙烯EP管;相分离蛋白全程使用LoBind低吸附耗材,规避气液/固液界面不可逆吸附损耗;



浓度测定:

常规直接A280定量;相分离蛋白同步检测A500,A500>0即存在纳米级微聚,A280读数无效,需变性稀释复测;



冻存规范:

常规蛋白添加甘油可反复冻融;相分离蛋白分装单次实验用量,液氮极速冷冻、-80℃保存,仅限单次解冻,严禁反复冻融。

三、高频实验误区


1. 1,6-己二醇(1,6-HD)使用误区

1,6-HD仅可瓦解疏水相互作用驱动的液态凝聚体;针对蛋白-RNA静电交联形成的液滴无溶解效果,高浓度(>5%)长时间孵育会降低溶液介电常数、增强静电结合,反而促凝;超高浓度1,6-HD会造成非特异性蛋白变性,实验必须设置空白对照组(参考胞内染色质梯度洗脱方案)。

2. 区分生物LLPS与化工类液液分相

很多初学者混淆字面概念,三类技术无关联:

 Triton X-114浊点萃取:依靠去垢剂温度相变分层,膜蛋白专用分离技术,与蛋白自身序列驱动相分离无关;

 PEG-葡聚糖双水相(ATPS):工业级宏观液液萃取工艺,靠两种高分子强制分相,不属于生物大分子内源相分离。

3. 体外重构实验误区

生理条件脱盐后,添加10%–30% PEG8000作为大分子拥挤剂,依靠体积排阻模拟胞内拥挤环境;全程轻柔混匀,剧烈吹打产生的气泡会诱发蛋白非特异固态聚集。

总结


回顾全文,常规球状蛋白纯化的核心是呵护天然折叠,尽量避免变性失活。而相分离蛋白纯化,则更像是在与蛋白的自组装本能“博弈”,努力抑制它们提前发生相变。

对研究者来说,评判一份高质量的相分离蛋白,不仅仅看 SDS-PAGE 上的单一条带。真正的金标准是:去掉 MBP 等保护标签后,蛋白能够在生理盐条件下自发形成微米级动态液滴,并通过荧光漂白恢复(FRAP)实验验证液滴的液态流动性,完整保留原生相分离活性。这也正是大家在实验室里反复验证和追求的目标。


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