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Western Blot操作步骤

背景:
  蛋白质印迹的发明者是斯坦福大学George Stark。Neal Burnette于1981年所著的AnalyticalBiochemistry中首次被称为Western Blot。最开始做印迹的是一个叫Southern的科学家,但印迹的对象是DNA链,他把这种技术称为Southern blot,后来出现了两个过程相似,但是对象不同的印迹方法,一个针对RNA,一个对蛋白质,人们分别把这两种技术的称为Northern和 Western,与这两个技术的发明人没有关系了。

一、蛋白质的样品制备:
  由于这一步方法各异,具体步骤请参考试剂盒的说明书即可。蛋白质的样品制备是Western Blotting的第一步,样品制备是关键步骤,要求尽可能的获得所有蛋白质,应注意以下问题:
        > 在合适的盐浓度下,应保持蛋白质的最大溶解性和可重复性。
        > 选择合适的表面活性剂和还原剂,破坏所有非共价结合的蛋白质复合物和共价键二硫键,使其形成一个各自多肽的溶液。尽量去除核酸,多糖,脂类等干扰分子。
        > 防止蛋白质在样品处理过程中的人为的修饰,制备过程应在低温下进行,以避免细胞破碎释放出的各种酶类的修饰(加入合适的蛋白酶抑制剂)。
        > 样品建议分装成合适的量(比如分装出20ul检测蛋白质定量用),然后保存与-20°或-80℃中长期保存,但要注意不要反复冻融,因为会使蛋白的抗原特性发生改变。
        > 若蛋白提取过程存在问题或蛋白发生降解则很难进行好之后的实验,也就很难做出好的结果了。除此之外 loading buffer的作用也不容忽视,切莫使用不新鲜的上样缓冲液,同时在处理时也应注意将样品与loading buffer混合均匀。

二、蛋白质定量:
  如果要定量的话,一般选择BCA或者Bradford方法,BCA要求检测波长为562nm,Bradford为595nm。具体方法见各试剂盒说明 书。为避免假阳性结果,建议先把lysis buffer加入BCA工作液或考马G250混合看是否产生颜色。测完蛋白含量后,计算含50~100ug蛋白的溶液体积即为上样量(一般8cm宽的迷你 胶每个泳道最大能承载的蛋白质量为150ug,所以如果从组织提取蛋白的话上样量不宜过大)。网上有人喜欢等质量上样(即每个泳道的上样体积不一但质量一 定),也有使用等体积上样(即先把各个样品稀释到某一固定浓度,然后等体积等质量上样,计算上样体积时需包含loading buffer的体积)。按分子克隆的说法,还是使用等体积上样比较好。上样总体积一般不超过15ul,加样孔的最大限度可加20ul样品。上样前要将样品 置于烧杯内,将烧杯置于石棉网上用酒精灯加热至沸腾,在沸水中煮3~5min使蛋白充分变性。也可以使用PCR仪95°加热5min,效果佳,操作方便。 之后样品可以在4℃冰箱短时间保存,也可在-20°冰箱保存数月,但是反复冻融会使蛋白质的抗原特性改变。

三、SDS-PAGE电泳
        1、清洗玻璃板:
  蘸点洗洁精轻轻擦洗。两面都擦洗过后用自来水冲,再用蒸馏水冲洗干净后立在筐里晾干。若不继续使用,需用无水乙醇擦拭后晾干再妥善收起来,玻璃板之间垫玻璃纸隔开。梳子应用水洗干净,临用前用无水乙醇擦拭晾干。
        2、灌胶与上样
  ① 玻璃板对齐后放入夹中卡紧。然后垂直卡在架子上准备灌胶(操作前先往玻璃板间灌水,检查是否漏)。
  ② 按配胶试剂盒说明书选择合适的分离胶浓度配置,最后加入TEMED,之后摇匀即可灌胶。配制凝胶时要充分混匀,此外应保证试剂的新鲜,特别是过硫 酸铵。灌胶时掌握好速度,避免气泡产生(注意浓度越小的胶含水越多,凝固后胶体积缩小越多)。然后胶上加一层水,液封后的胶凝的更快(灌胶时开始可快一 些,胶面快到所需高度时要放慢速度。操作时胶一定要沿玻璃板流下,这样胶中才不会有气泡。加水液封时要很慢,否则胶会被冲变形)。未聚合的丙烯酰胺具有神 经毒性,操作时应该戴手套防护。梳子插入浓缩胶时,应确保没有气泡。注意给积层胶留出足够的空间(分子克隆推荐长度为插入的梳齿长再加1cm)。
  ③ 当水和胶之间有一条折射线时,说明胶已凝了。再等几分钟觉得差不多的时候就可倒去胶上层水并用吸水纸将水吸干。聚合时间由AP以及TEMED决 定,通常在30min左右,AP不新鲜会导致聚合变慢,气温较低时胶是会凝得慢一些,必要时可适当增加AP以及TEMED的量,但通常不会超过1h,若超 过1h甚至更长仍未聚合,应检查配制的操作有无错误。由于TEMED催化APS释放相关化学基团,再由APS释放的基团催化Acr/Bis聚合,所以如果 APS不新鲜的话加再多的TEMED效果也不佳,这就是为什么推荐APS每周新鲜配置的原因。
  ④ 按说明书配积层胶,加入TEMED后立即摇匀即可灌胶。将剩余空间灌满浓缩胶然后将梳子插入浓缩胶中。灌胶时也要使胶沿玻璃板流下以免胶中有气泡 产生。插梳子时要使梳子保持水平。由于胶凝固时体积会收缩减小,从而使加样孔的上样体积减小,所以在浓缩胶凝固前最好在两边补胶至刚刚冒顶。待到浓缩胶凝 固后,两手分别捏住梳子的两边竖直向上轻轻将其拔出。
  ⑤ 趁积层胶聚合的这段时间,取适当体积样本混合1X SDS loading buffer(最好事前分装好,每次从冰箱里取一管即可),95~100°加热5min,若有沉淀可用稍低温度,比如45~55°加热1h达到变性的目 的。我一般习惯分装20ul到PCR管里,先和loading buffer混合好,临用前用PCR仪加热95°C 5min,效果不错。
  ⑥ 胶做好后连同玻璃板一起安装到电泳槽上,加入电泳缓冲液后开始准备上样(我们使用的是大连竞迈科技公司的MV-III型小型单垂直板电泳槽,电泳 液至少要漫过内测的小玻璃板,电泳槽下面不用倒太多电泳液)。加样前可用5ml注射器或加样器先冲洗一下加样孔。用微量加样器贴壁吸取样品,将样品吸出不 要吸进气泡。将加样器针头插至加样孔中缓慢加入样品(加样太快可使样品冲出加样孔,若有气泡也可能使样品溢出。加入下一个样品时,进样器需在外槽电泳缓冲 液中洗涤3次,以免交叉污染。目前我们做的mini胶上有10个上样孔,一般在第一个孔加入marker(我用的是Fermentas预染 marker),其余9个孔加入样品,也可在头尾孔内加入marker,中间8个孔加样品。加样前样品应先离心,尤其是长时间放置的样品。在未加样的孔中 应加入等量的样品缓冲液。上样时,小心不要使样品溢出而污染相临加样孔。也可使用10ul的枪头就行,比用微量加样器快很多,用枪头时注意不要插得太深, 容易把玻璃板撑开,样品就落到胶和玻璃板之间的空隙了。
        3、 电泳
        电泳槽内加入电泳缓冲液冲洗清除黏附在凝胶底部的气和未聚合的丙烯酰胺,网上有资料建议低电压短时间的预电泳,清除凝胶内的杂质,疏通凝胶孔径以保证电泳 过程中电泳的畅通,但是在《分子克隆》上却反对这种做法,理由是会破坏缓冲系统pH的不连续性。请各位按照实际经验来做即可。电泳时间和电压说法各异。按 照各实验室的惯例或者电泳槽的使用说明来操作。电泳至溴酚兰刚跑出即可终止电泳,进行转膜。为减少蛋白质条带的扩散,上样后应尽快进行电泳,电泳结束后也 应直接或者转印。

四、转膜
  
以下以使用半干转膜为例。对于转印90kd以下的蛋白,转膜液都不用加SDS,如果是蛋白分子量大的话可以加入0.037%的SDS。
  1、 在电泳结束前20min开始准备转膜所需的东西。转一张膜需准备6张的滤纸(长一般为8.1~8.3cm,宽度根据裁的胶大小实际测量,但胶一般会缩水, 所以裁8cm就行)和1张PVDF膜。切滤纸和膜时一定要戴干净手套,因为手上的蛋白会污染膜。PVDF膜使用前用无水甲醇中浸泡1min~2min。目 的是为了活化PVDF膜上面的正电基团,使它更容易跟带负电的蛋白质结合,做小分子的蛋白转移时多加甲醇也是这个目的。
  2、将玻璃板撬开才可剥胶,撬的时候动作要轻,要在两个边上轻轻的反复撬。撬一会儿玻璃板便开始松动,直到撬去玻板(撬时一定要小心,玻板很脆弱,我 用的是冰箱里附带的塑料除霜铲,效果出奇的好)。除去小玻璃板后,将浓缩胶轻轻刮去,要避免把分离胶刮破。也可取10ml注射器吸满转印缓冲液,往玻璃板 与凝胶之间注水,使液体的压力将两者自然分开。取出凝胶后应注意分清上下,可以在右上角裁一个小角。之后有两种方法供选择,一是按照marker指示,把 含有自己感兴趣的蛋白的胶裁下来,二是把整张胶转膜,前一种方法更加节约材料,但操作稍微麻烦了一点。在加有转移液的培养皿里放入裁好的胶、浸过甲醇的 PVDF膜和滤纸,平衡10min左右,也是为了除去滤纸和转移膜中的气泡以及胶上多余的SDS。
     3、带上手套,平放转移槽的底座,依次在石墨电极上叠放3张浸泡过缓冲液的滤纸、PVDF膜(此时可在PVDF右上角减去一个角,以辨明转膜后的蛋白面 与非蛋白面)、刚刚完成电泳的凝胶和另外3张浸泡过缓冲液的滤纸。用枪头或移液管在叠层的滤纸上滚动,除去气泡。注意每叠一层就要用玻璃棒或圆筒试管赶去 气泡,因为一个气泡的厚度对于蛋白来说都是十万八千里的。用干净纱布将叠层上面和周围的多余缓冲液吸干(这一步很重要,宁可太干也不能太湿,太干容易烧 胡,太湿的话多余的缓冲液会导致电流短路,大大降低转移效率,如果同时转好几条胶的时候更要小心,有一个胶短路就会影响整体的转移效率)。最后将转移槽的 上盖扣上,接通电源开始转膜。由于设备昂贵,第一次操作应向熟手请教,否则短路可能烧坏设备!转完后立即清洗设备,特别是金属上盖,转膜液特别容易在金属 上盖上形成结痂,影响设备的正常使用,我们实验室今年做western的同志因为忽略这一点,转膜仪烧坏了好几次。
  4、依据分子量大小电泳15~60min。如果初次转膜,可以根据一般经验,即多少kD的蛋白就转多少分钟,再根据结果调整时间。之后断开电源,取出转移膜进行后继实验。
  5、为了便于观察电泳效果和转膜效果,以及判断蛋白分子量大小,最好使用预染。传统方法是将膜用1×丽春红染液染5min(于脱色摇床上摇)。然后用 水冲洗掉没染上的染液就可看到膜上的蛋白。实际上更常用且简便的方法是先将膜晾干,然后浸入20%的甲醇,待完全浸湿后取出透光观察即可看到蛋白条带(此 方法仅仅适合PVDF膜)。将膜晾干备用。使用预染marker话可以看见marker的颜色转印到了膜上,但是凭借这个颜色来判断是否转印完全或转印过 头是不可靠的。

五、免疫杂交反应
  1、将膜移至含有封闭液的平皿中,室温下脱色摇床上摇动封闭1h即可。如果是自己配置的封闭液,最好过滤一下以消除固体杂质。实际经验表明与其封闭过夜,不如一抗孵育过夜。
  2、将一抗用封闭液稀释(一般用封闭液稀释即可,如果背景不高用TBST稀释也可以,当然熟练后还可以自由发挥,配制一些自己的复方稀释液)至适当浓 度(可以在1.5mlEP管中配置工作液,常用稀释倍数为1:200,1:500,1:1000,具体需要预实验进行摸索,用后可回收重复用2~3次,但 回收重复利用的效果如何就要看抗体的质量,分装的抗体不推荐回收。稀释后应在2-3天内使用,4度保存,避免反复冻融。);撕下适当大小的一块儿保鲜膜铺 于实验台面上,四角用水浸湿以使保鲜膜保持平整;将抗体溶液加到保鲜膜上;从封闭液中取出膜,用滤纸吸去残留液后,将膜蛋白面朝下放于抗体液面上,掀动膜 四角以赶出残留气泡(也可使用手术室的病理袋,质量不错,减去下面的折叠部分,用封口器(40~80元一个)封上,不漏液即可)。37°孵育1h之后转移 到室温下再孵育1h(或者4°孵育过夜),用TBST在室温下脱色摇床上洗两次,每次10min;再用TBS洗一次,10min。也可以多洗几次,比如4 次,每次5min。
  3、在培养皿内加入二抗稀释液(10ml足够了,一般1:1000甚至1:10000用TBST稀释),放在摇床上,室温下孵育1~2h后,用 TBST在室温下脱色摇床上洗两次,每次10min;再用TBS洗一次,10min,进行化学发光反应。选择好一个合适的条件不要轻易改变,另外相比一 抗,二抗作用的时间应严格控制,实践证明一抗时间长点可能没什么关系,而二抗时间若过长过短都将会直接影响结果。二抗孵育之后还要注意好好洗涤,否则显影 是背景可能脏。

六、化学发光(ECL)  
  现在工作台上铺一张保鲜膜,将PVDF膜放在保鲜膜上。将ECL的A和B两种试剂在EP管内等体积混合(注意吸完A试剂后吸B试剂前要患枪头),然后 均匀滴在PVDF膜的蛋白面,反应1~2min后,将PVDF膜上多余的ECL工作液吸干,之后转移到在X片夹中预先铺好的保鲜膜上一侧,把另一侧翻过来 盖在其上。用透明胶把保鲜膜固定在片夹上。

七、凝胶图象分析
         将胶片进行扫描或拍照,用凝胶图象处理系统分析目标带的分子量和净光密度值,比如bio-rad的Quantity One。
 

主要参考资料:
1、WB实战指南+正确使用Quantity One定量 by jacqueslm2001 http://protein.dxy.cn/bbs/topic/17898080
2、Abcam的western新手指南 http://www.abcam.com/ps/pdf/protocols/?WB-beginner.pdf
3、土豆网的western blot视频 上海交大出品 http://www.tudou.com/programs/view/MjbxGQJ2kRU/
4、《分子克隆实验指南》精编版 化学工业出版社
5、《抗体技术实验指南》科学技术出版社
6、milipore的western blot的优化方案 http://www.dxy.cn/upload/2010/millipore/index.html
7、Western blot步步看(网络流传最广的资料) 作者不详 http://protein.dxy.cn/bbs/topic/21950829
8、Bio-rad 蛋白印迹手册 http://www.dxy.cn/bbs/thread/21360641#21360641
9、穷人的劳斯莱斯-我的五年western blot体会 by seagatehttp://protein.dxy.cn/bbs/thread/18102961#18102961
附:Western Blot Quick Guide(以及一天跑完Western的时间规划)
前期准备:蛋白已经定量,各样本已经稀释到某固定浓度,已经和SDS loading buffer混合,已经分装好,保存与-20°。头天下午或晚上配胶,分离胶和浓缩胶一起配好,带上梳子,放入潮湿的自封袋内放入4°冰箱备用。
8:00 从冰箱里取出蛋白样品,用PCR仪95度加热5min。混合均匀并离心。
8:30 取出昨晚配好的胶,组合,加电泳液。在电泳液里拔梳子能稍微容易一些。用10ul的枪加样。
9:00 开始电泳。恒流30mA一般1个小时足够了。
9:30 开始准备转膜用的滤纸和PVDF膜,PVDF膜泡甲醇。一般8cm的宽是固定的,所以如果要裁胶的话可以先大概估计一下。
10:10 电泳结束(假设电泳用了70分钟),起开玻璃板,裁出胶上所要的条带,如果整块胶转就更方便了。把胶放在盛有转膜缓冲液的培养皿里。
11:00 转膜开始(这里裁纸和铺三明治还是比较费时间的,我一般要用30分钟到50min,所以这里要抓紧时间)。
12:00 转膜结束(这里按60min的半干转的时间来计算)。开始封闭1h。
13:00 封闭结束,开始孵育一抗(在这里你可以选择一抗孵育过夜,如果不过夜的那一天就能结束),如果不过夜的话我一般选择37° 1h然后在室温(23°左右)再1h。
15:00 一抗孵育结束。TBST洗涤3*10min或者5*6min。
15:30 开始孵育二抗。室温1h足够了。
16:30 二抗孵育结束。TBST洗涤3*10min或者5*6min,这里推荐采用5*6min。
17:00 ECL发光,拍照,结束战斗了。






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