FRET熒光共振能量轉(zhuǎn)移

對于分子生物學(xué)來講，生物分析手段的發(fā)展，是闡明機理的必要條件。在研究分子間相互作用的道路上，人們不斷探索，總結(jié)出很多方法，免疫技術(shù)，晶體衍射，核磁共振等。1948年，熒光共振能量轉(zhuǎn)移（Fluorescence resonance energy transfer，F(xiàn)RET）理論被首次提出，它可以測定1.0-6.0nm距離內(nèi)分子間的相互作用。1967年，這一理論得到了實驗驗證，將1.0-6.0nm的距離稱為光學(xué)尺。二十世紀八十年代出，通過科學(xué)家的不斷探索，F(xiàn)ret技術(shù)成功運用到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究中。自Fret熒光共振能量技術(shù)誕生以來，已結(jié)合多種先進的技術(shù)和方法，如電子顯微鏡，X射線衍射等，推動了分子生物學(xué)檢測手段的發(fā)展。

1、作用原理

熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)，是采用物理方法去檢測分子間的相互作用的方法。他適用于在細胞正常的生理條件下，驗證已知分子間是否存在相互作用。此方法的檢測原理如下；

將我們要檢測的蛋白（如圖X和Y），分別偶聯(lián)上D和A熒光蛋白，D和A是一對熒光物質(zhì)，我們稱之為供體（donor）和受體（acceptor）。當(dāng)用430nm的紫光去激發(fā)X融合蛋白時，它能夠產(chǎn)生490nm的藍色熒光；同樣，當(dāng)我們用490nm的藍光去激發(fā)Y融合蛋白時，它能夠產(chǎn)生530nm的黃色熒光。（結(jié)合圖1） 。

當(dāng)?shù)鞍譞和Y間沒有相互作用時（兩者的空間距離>10nm），融合蛋白X和Y分別產(chǎn)生相應(yīng)的熒光而被檢測到，

如果蛋白X和Y間存在相互作用（兩者的空間距離需<10nm，結(jié)合圖2），用紫光激發(fā)融合蛋白X其產(chǎn)生的藍光會被融合蛋白Y吸收，從而產(chǎn)生黃色熒光，這時，在細胞內(nèi)將檢測不到藍色熒光的存在。這時因為能量從X融合蛋白轉(zhuǎn)移到了Y融合蛋白，這就是熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)。

2、技術(shù)難點

一個理想的Fret相互作用體系，要求要有一對合適的熒光物質(zhì)， 即供體的發(fā)射光譜與受體的吸收光譜有明顯的重疊。且當(dāng)供體的激發(fā)波長時對受體無影響，供體和受體的發(fā)射光譜要完全分開，否則容易造成光譜干涉，而使反應(yīng)體系不穩(wěn)定。目前，較為常用的供體-受體分子對，主要有綠色熒光蛋白類（GFPs）和染料類。綠色熒光蛋白類有CFP-YFP，BFP-GFP，BFP-YFP等，染料類的有Cy3-Cy5，F(xiàn)ITC-Rhodamine等。且這些熒光物質(zhì)要能夠標記在研究對象上。

3、應(yīng)用要求

• 供體熒光基團和受體熒光基團的空間距離要<10nm；
• 供體的發(fā)射光譜與受體的接收光譜有相當(dāng)?shù)闹丿B；
• 供體、受體分子在量子產(chǎn)率、消光系數(shù)、水溶性、抗干擾能力等方面要求較高。

4、優(yōu)缺點

5、應(yīng)用

• 細胞內(nèi)分子間的相互作用
• 膜蛋白的研究
• 細胞膜受體蛋白間的相互作用
• 細胞凋亡的研究
• 核酸檢測

6、實驗流程簡述

以熒光物質(zhì)CFP（供體）-YFP（受體）為例，檢測AB蛋白在細胞內(nèi)的相互作用。

1. 細胞培養(yǎng)：根據(jù)實驗培養(yǎng)特定的細胞用于轉(zhuǎn)染，觀察檢測分子在細胞內(nèi)的相互作用；
2. 細胞轉(zhuǎn)染：構(gòu)建質(zhì)粒載體CFP-A和YFP-B，將檢測的AB蛋白分別偶聯(lián)上熒光蛋白CFP和YFP，并將兩個質(zhì)粒共轉(zhuǎn)染到培養(yǎng)的細胞內(nèi)；
3. 檢測 FRET：質(zhì)粒載體CFP-A和YFP-B轉(zhuǎn)染細胞 10h、12h、18h、24h、36h、48h、72h 后檢測，是否發(fā)生Fret；
4. FRET圖像采集： 確定 FRET 配對的激發(fā)波長， 藍光被調(diào)諧分別用于探測最大和最小的供體和受體信號， 最大供體信號和最小受體信號對應(yīng)的波長用于收集雙表達細胞的 FRET信號。調(diào)整激光變化，以便獲取最大 CFP 信號和最小 YFP 信號的激發(fā)光波長， 采集供體和受體圖像，收集 FRET 信號。每個細胞 FRET 檢測重復(fù) 3 次，每種轉(zhuǎn)染至少完成 6 個細胞的 FRET 檢測;
5. FRET 數(shù)據(jù)處理： 去除 FRET 信號中 DSBT 和 ASBT 的光譜串色信號； 受體通路的FRET 信號需要對供體受體光譜靈敏度的變化進行矯正、對自發(fā)熒光和光學(xué)噪聲進行矯正； 利用矯正系數(shù)對雙標定細胞進行象素匹配矯正。