专利名称：：表面等离子体共振的生物传感器的生物芯片、制备及应用的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片、制备方法及应用，所提供的芯片主要用于研究类胰岛素等酪氨酸激酶受体与细胞内上游信号蛋白相互作用动力学，以及激酶抑制剂对相互作用影响。属于蛋白质生物芯片领域。
背景技术：
：细胞表面受体与其下游信号蛋白的相互作用传统的研究方法有免疫沉淀、蛋白印迹及酵母双杂交。免疫沉淀及免疫印迹依靠与信号蛋白或受体结合的抗体特异性，其灵敏度度低，不足以进行蛋白间微弱相互作用的检测。酵母双杂交已用于研究胰岛素/类胰岛素受体(IR/IGF-1R)与其信号蛋白间的相互作用，此法比免疫印迹灵敏，蛋白间微弱的相互作用即可激活报告基因的转录与翻译，但不能给出定量信息，如膜受体与胞外配体或胞内受体结合蛋白及底物因缺乏相应的方法而不能获得其相互作用的动力学及热力学特征常数。而且，由于信号的产生依赖于酵母的转录与翻译系统，不能排除酵母系统本身对蛋白相互作用的影响。目前表面等离子体共振生物传感器已广泛应用于生物及医学的各个领域，包括抗原决定组定位(epitopemapping),蛋白-DNA相互作用，药物筛选等。并应用于类胰岛素信号转导中上游信号蛋白的相互作用，例如类胰岛素生长因子(IGF-1)与IGF-1结合蛋白相互作用。基于表面等离子体的胰岛素底物(IRS-1)多肽片断与PI3K相互作用用于胰岛素受体拮抗剂筛选，抗体修饰的表面用于从细胞裂解液中直接捕获表面生长因子受体，直接用来研究PDGF受体与其胞外配体的相互作用。
发明内容为克服传统方法研究类胰岛素受体与胞内蛋白相互作用非实时性及复杂性，本发明基于表面等离子体生物传感器的CM5芯片，采用抗体捕获的方法制备了类胰岛素受体(IGF-1R)的蛋白质芯片并用此芯片研究IGF-1R和与其直接相互作用信号蛋白间相互作用。本发明的目的是提供一种研究细胞表面受体与其信号蛋白分子和抑制剂相互作用的实时检测的蛋白芯片、制备方法及应用。本发明的细胞表面受体蛋白芯片的构成有是在玻璃基底上有金表面镀膜，金表面膜上固定有葡聚糖凝胶层，在葡聚糖凝胶层上固定单克隆抗体，通过抗体捕获并固定表面受体。固定的受体分子可以用SPR直接观察受体与信号分子相互作用，以及抑制剂对该相互作用的影响。SPR能检测传感片表面的折射率变化，当P偏振光从金属表面一侧的光密介质射向光疏介质时，某一角度的反射光呈明显的暗带，此角度(SPR共振角)主要依赖于传感片表面的物质的质量；当生物分子结合到传感片表面或传感片表面物质量发生变化时，其共振角将发生变化(见图l.从I到II的变化)，共振角的变化可通过观察共振信号随时间变化的函数(与质量变化呈正比)可进行无侵入性实时性观测。抗类胰岛素受体beta亚基的单克隆抗体固定于CM5芯片表面，制成类胰岛素受体(IGF-1R)的蛋白质芯片，来捕获过表达人细胞裂解液中类胰岛素受体，然后利用此芯片研究并比较IGF-1R与胞内各信号蛋白质相互作用动力学常数。所述的抗类胰岛素受体Beta亚基的单克隆抗体是NeoMarkers公司的MS-641-PIABX或MS-641-PABX，其缓冲液中不含一级胺，如Tri-HCl和稳定剂牛血清白蛋白，且其固定量在1000-2000RU，并根据不同的实验目的，固定量作以调整，或用Calbiochem公司的抗类胰岛素受体Beta亚基的单克隆抗体Ab-l，目录号GR11L，因含有1:1BSA，固定量相应加大至3000-5000RU，并根据不同实验目的固定量作以调整；所述的来捕获IGF-1R表达细胞裂解液中类胰岛素受体的特征是直径10mm平皿铺满80%的过表达重组人源IGF-1R的细胞需500pL裂解液，顺序12，000转高速离心15分钟和70，000转超速离心30分钟，制备含有过表达的类胰岛素受体的细胞裂解液上清液，此上清液70jxL直接通过固定有抗体的CM5表面7分钟，IGF-1R固定量一般为600-800RU;用此表面研究并比较胞内与IGF-1R直接相互作用的各信号蛋白与IGF-1R相互作用动力学常数，其特征是文献査询得到IGF-1R与IRS-1，SHC，PI3K，GRB2具有直接相互作用，用含重组IRS-1,SHC,PI3-K或GRB2的HBS-EP流动液通过捕获有IGF-1R的蛋白质芯片表面，研究并比较IRS-1，SHC,PI3-K，GRB2与IGF-1R的Ka,Kd,KD，KA的相互作用动力学常数，此芯片用含0.5。/。SDS的lOmMNaOH溶液再生去掉IGF-lR，用来重新捕获过表达IGF-1R细胞裂解液中的IGF-1R。本发明所述的基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片，制作具体步骤是1、抗类胰岛素受体beta亚基的单克隆抗体固定于CM5芯片按照标准的EDC/NHS化学处理过程固定抗体于CM5芯片上(BIAcore公司产品)2、细胞培养NIH3T3细胞，常规培养。对照组细胞的培养基中不加G418，实验条件和实验组一致。3、细胞裂解及含IGF-1R细胞膜裂解片收获当细胞培养到铺满平皿时，500ul/平皿收获，用细胞裂解液裂解细胞，超速离心，上清液即细胞裂解液低温保存。4、基于表面等离子体生物传感器的IGF-1R和IRS-1相互作用的实验方法步骤①抗体捕获标准的氨基固定方法(见www.biacore.com)，用0.2MEDC/0.05MNHS作用CM5芯片(研究级)，激活表面羧基。②抗IGF-1Ralpha亚基单克隆抗体，作用表面，抗体通过氨基与CM5芯片表面激活的羧基共价键合。③过表达IGF-1R的细胞裂解液作用于固定有抗体的表面，除去非特异性结合的蛋白，基线达到稳定。此捕获的IGF-1R可用来研究IGF-1R与不同纯度的纯化的胞内各信号蛋白相互作用。⑤每一轮后，芯片表面再生，以备下一次实验。5、动力学数据的分析根据实验的数据，可得出IGF—1R与胞内各信号蛋白相互作用的结合速率常数(Ka)解离速率常数(Kd)、结合常数(KA)和解离常数(KD)等参数。本发明的有益效果在于从细胞裂解物中实时获得芯片上受体蛋白与信号分子的相互作用信息，不需要对受体蛋白进行复杂的分离纯化和标记。既可以测量受体蛋白与胞外上游信号分子相互作用，也可以测量受体蛋白与胞内下游信号分子相互作用。本发明有望用于抗癌药物的筛选，以及对肿瘤细胞和正常细胞中类胰岛素受体半定量分析。本发明所述的实施例是以类胰岛素受体(IGF-1R)的蛋白质芯片并用此芯片研究IGF-1R和与其直接相互作用信号蛋白间相互作用，以对本发明作进一步说明。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是表面等离子体共振生物传感器原理图(a)和共振信号发生的变化(b)图1中l.玻璃基底层，2.金表面膜，3.葡聚糖凝胶层，4.消减波，5.样品液，6.棱镜，7.入射偏振光，8.入射角，9.反射偏振光及反射光偏离角度随衰减波的折射率而变化后的反射偏振光。插图ii中，横坐标t表示时间，纵坐标Ru为共振单位，1000RU相当于lng/ml图2是基于表面等离子体生物传感器的受体芯片结构(a)及(a)中A区域放大A，A图为葡聚糖凝胶表面的放大图2中l.玻璃基底层，2.金表面膜，3.葡聚糖凝胶表面；14.抗表面受体胞外亚基(或胞内亚基)的单克隆抗体；15.表面受体胞外亚基(或胞内亚基)，16.表面受体胞内亚基(或胞外亚基)，17.受体胞内(或胞外)信号分子，18.其它信号分子或抑制剂；其中玻璃层，金膜和葡聚糖凝层是芯片表面从入射光面到流动室的三层结构。图3利用本发明制备的受体芯片与下游信号分子的相互作用过程的传感图。(a)为固定在芯片表面的受体是IGF-1R，与流过表面的溶液中不同浓度IRS-1相互作用，其中a，b，c代表IRS-l的不同浓度分别为1.0nM,0.25nM，0.1nM。(b)为用1:1langmuir结合加基线平移模型拟和的结果，其中Chi2即5c2为0.414。躺錢诚下面通过具体实施例，进一步阐述本发明的实质性特点和显著性进步，但本发明决非仅局限于实施例。实施例本发明所述的芯片制备步骤是①按标准的EDC/NHS化学处理过程固定抗体于研究级CM5芯片上。②细胞培养NIH3T3细胞，常规培养，实验组即过表达人源重组IGF-1R的NIH3T3细胞(从NationalinstituteofDiabetesandDigestiveandKidneydisease,NIH,Bethesda，MA，USA获得)，培养基为DMEM高糖培养基并含10%胎牛血清、100ug/ml青霉素、100单位/ml的硫酸链霉素及500ug/ml的G-418。除培养基不含G-418外对照组细胞与实验组培养条件相同。两种细胞系均用直径10毫米的培养皿并在95%空气和5%二氧化碳，37。C条件下培养。③细胞裂解及含IGF-IR细胞膜裂解片收获-细胞裂解液成分为1%TritonX-100,20mMHEPES,150mMNaCl，1mMEGTA，pH7.4,新鲜加入正钒酸钠Na3V04和(phenylmethylsulfonylfluoride(PMSF)分别至1mM和0.5mM,及按抑制剂说明书加入Proteaseinhibitorcocktailtablet(目录号:11836153001)。当细胞培养到铺满平皿时，500ul/平皿收获，具体量可虽细胞密度不同调整，并用细胞刮刀刮到平皿的一角，再用移液枪头转移细胞裂解液到1.5ml的Eppendorf管中，整个操作都在冰上进行。细胞裂解液顺序在4摄氏度，12，000转高速离心15分钟(高速离心机eppendorfcentrifiige5810R)，70，000转(超速离心机HITACHI公司的GXserieshimacCS150GXL)超速离心30分钟。④基于表面等离子体生物传感器的IGF-1R和IRS-1相互作用的实验使用方法的步骤为a)抗体捕获标准的氨基固定方法(见www.biacore.com)，即0.2MEDC/0.05MNHS作用CM5芯片(研究级)表面7分钟，激活表面羧基。b)抗IGF-lRalpha亚基单克隆抗体20-100ug/ml[目录号MS-641-PIABX或MS-641-PABX]抗体溶液中不能含有Tris-HCl等一级胺及牛血清白蛋白或白明胶等作为稳定剂的保存蛋白]，流过表面7分钟，抗体通过氨基与CM5芯片表面激活的羧基共价键合，固定量为2000-10000RU。c)过表达IGF-1R的细胞裂解液70ul通过固定有抗体的表面7分钟，HBS-EP溶液通过此表面平衡一个小时左右，冲掉非特异性结合的蛋白，基线达到稳定，捕获到600-800RU左右的类胰岛素受体(IGF-1R)。d)此捕获的IGF-1R可用来研究IGF-1R与胞内各信号蛋白相互作用，不同浓度的纯化的胞内信号蛋白通过芯片表面150s-300s。e)每一轮实验后，芯片表面用含0.1。/。SDS的HBS-EP溶液再生30秒，以上实验步骤除非特别说明，都是在25。C，流速5pl/min。⑤动力学数据的分析根据实验的数据，结合软件模拟分析，可得出IGF—1R与胞内各信号蛋白相互作用的结合速率常数(Ka)解离速率常数(Kd)、结合常数(KA)和解离常数(KD)等参数(见表l，图3)。表1是图3(传感图)经1:1langmuir结合加基线平移模型拟和后所得到IGFR-1与IRS-1相互作用的结合速率常数(Ka)解离速率常数(Kd)、结合常数(KA)和解离常数(KD)等参数表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>本实施例是以类胰岛素受体为例，制备的类胰岛素受体芯片可用于IGF-1R与其直接相互作用胞内信号蛋白的研究，如IGF-1R与IRS-1，IGF-1R与SHC,IGF-1R与PI3K,IGF-1R与GRB2相互作用，本实施例所述的方法也可以用于其它表面受体例如胰岛素受体、雌激素受体等，与其信号分子、抑制剂等相互作用和药物筛选工作。改用其他抗跨受体胞内部分抗体，可用于表面受体与其胞外信号分子相互作用蛋白的结合解离过程动力学研究。权利要求1、一种基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片，其特征在于所述的芯片在玻璃基底上有金表面镀膜，金表面上固定有葡聚糖凝胶层，在葡聚糖凝胶层上固定抗类胰岛素受体Beta亚基的单克隆抗体，通过抗体捕获并固定表面受体。2、按权利要求1所述的基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片，其特征在于抗类胰岛素受体Beta亚基的单克隆抗体是NeoMarkers公司的MS-641-PIABX或MS-641-PABX，其缓冲液中不含一级胺，且其固定量在1000-2000RU,或用Calbiochem公司的抗类胰岛素受体Beta亚基的单克隆抗体Ab-l，固定量为3000-5000RU。3、制备如权利要求1所述的基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片，其特征在于抗类胰岛素受体Beta亚基的单克隆抗体，采用抗体捕获的方法，固定于基于表面等离子体生物传感器的CM5芯片表面，制成类胰岛素受体的蛋白质芯片，具体步骤是①抗类胰岛素受体beta亚基的单克隆抗体固定于CM5芯片按照标准的EDC/NHS化学处理过程固定抗体于CM5芯片上；②细胞培养NIH3T3细胞，常规培养，对照组细胞的培养基中不加G418，实验条件和实验组一致；③细胞裂解及含IGF-1R细胞膜裂解片收获当细胞培养到铺满平皿时，500ul/平皿收获，用细胞裂解液裂解细胞，超速离心，上清液即细胞裂解液低温保存。4、按权利要求3所述的基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片的制备方法，其特征在于实验组即过表达人源重组IGF-1R的NIH3T3细胞的培养基为DMEM高糖培养基并含10')/。胎牛血清、100ug/ml青霉素、100单位/ml的硫酸链霉素及500ug/ml的G-418，除培养基不含G-418外对照组细胞与实验组培养条件相同；两种细胞系均用直径10毫米的培养皿并在95%空气和5%二氧化碳，37"C条件下培养。5、按权利要求4所述的基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片的制备方法，其特征在于所述的IGF-1R表达细胞裂解液中类胰岛素受体的直径10mm平皿铺满80%的过表达重组人源IGF-1R的细胞需500pL裂解液，顺序12，OOO转高速离心15分钟和70，000转超速离心30分钟，制备含有过表达的类胰岛素受体的细胞裂解液上清液，所述的上清液直接通过固定有抗体的CM5表面，IGF-1R的固定量为600-800RU。6、使用由权利要求1所述的基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片的方法，其特征在于基于表面等离子体生物传感器的细胞表面受体生物芯片IGF-1R和IRS-1相互作用的方法步骤为①抗体捕获标准的氨基固定方法，用0.2MEDC/0.05MNHS作用CM5芯片，激活表面羧基。②抗IGF-1Ralpha亚基单克隆抗体，作用表面，抗体通过氨基与CM5芯片表面激活的羧基共价键合；③过表达IGF-1R的细胞裂解液作用于固定有抗体的表面，除去非特异性结合的蛋白，基线达到稳定；④此捕获的IGF-1R可用于研究IGF-1R与不同纯度的纯化的胞内各信号蛋白相互作用；◎每一轮实验后，芯片表面再生，以备下一次实验。7、按权利要求6所述的基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片的使用方法，其特征在于所述CM5芯片为研究级，作用表面时间为7分钟。8、按权利要求6所述的基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片的使用方法，其特征在于所述的IGF-1Ralpha亚基单克隆抗体浓度为20-100ug/ml，作用表面7分钟；且共价键合固定量为2000-10000RU。9、按权利要求6所述的基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片的使用方法，其特征在于①过表达IGF-1R的细胞裂解液作用于固定有抗体的表面为7分钟基线达到稳定，捕获到600-800RU的IGF-1R类胰岛素受体；②所述的不同浓度的纯化的胞内信号蛋白通过芯片表面150s-300s;③芯片表面用含0.P/。SDS的HBS-EP溶液再生30秒。10、使用权利要求1所述的基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片的方法，其特征在于还适用于IGF-1R与SHC，IGF-1R与PI3K,IGF-1R与GRB2的相互作用。全文摘要本发明涉及一种基于表面等离子体共振生物传感器的细胞表面受体生物芯片、制备方法及应用，其特征在于所述的芯片在玻璃基底上有金表面镀膜，金表面上固定有葡聚糖凝胶层，在葡聚糖凝胶层上固定抗类胰岛素受体Beta亚基的单克隆抗体，通过抗体捕获并固定表面受体。制备方法是抗类胰岛素受体Beta亚基的单克隆抗体，采用抗体捕获的方法，固定于基于表面等离子体生物传感器的CM5芯片表面，制成类胰岛素受体的蛋白质芯片，所制作的芯片适用于IGF-1R与IRS-1、SHC、PI3K或GRB2的相互作用，有望用于抗癌药物的筛选。文档编号G01N33/543GK101303354SQ20061011936公开日2008年11月12日申请日期2006年12月8日优先权日2006年12月8日发明者曹慧敏,李雪岭,杨梦苏,赵建龙,黄明辉申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所;香港城市大学深圳研究院