酵母三杂交实验全解析:从技术到应用【泰克生物】

酵母三杂交实验（Yeast Three-Hybrid, Y3H）是酵母双杂交（Y2H）技术的扩展，专门用于研究更复杂的分子相互作用，尤其是小分子与蛋白质间的相互作用。通过引入小分子作为第三方调节因子，酵母三杂交技术不仅可以研究蛋白质-蛋白质相互作用，还可以用于揭示蛋白质与小分子之间的相互作用，这对于药物筛选、酶抑制剂的发现、分子识别等方面具有重要应用价值。

1. 酵母三杂交系统的原理

酵母三杂交系统是基于经典的酵母双杂交（Y2H）系统的扩展，核心理念在于通过引入一个小分子作为“第三”参与者，调节或促进目标蛋白质与另一个蛋白质的相互作用。酵母三杂交系统通常包含三种成分：

1).目标蛋白（Protein A）：一个与DNA结合域（BD）融合的目标蛋白，它通过特异性结合DNA上的目标序列起到核心作用。

2).小分子：作为第三个组成部分，小分子可以通过与目标蛋白（或与第二个蛋白质）结合，促进或增强相互作用的发生。

3).融合蛋白（Protein B）：另一个与转录激活域（AD）融合的蛋白质，它与目标蛋白通过小分子结合，形成一个完整的转录激活复合体，进而激活报告基因。

酵母三杂交的基本过程如下：

- 构建酵母载体：将目标蛋白A与DNA-BD融合，将蛋白质B与AD融合，并选择适当的小分子作为第三方。

- 转化酵母细胞：将含有DNA-BD-目标蛋白A和AD-蛋白质B融合蛋白的质粒共同转化至酵母中。

- 添加小分子：通过添加特定的小分子，促进目标蛋白与蛋白质B的相互作用。

- 筛选阳性克隆：通过报告基因（如HIS3、LacZ等）的激活来筛选具有相互作用的阳性克隆。

酵母三杂交系统的独特之处在于小分子的介入，使得它不仅能够探测蛋白质间的直接相互作用，还能评估小分子在蛋白质相互作用中的调节作用，这使得其在药物筛选和分子识别研究中具有广泛应用。

2. 酵母三杂交文库的构建

酵母三杂交文库是酵母三杂交技术的关键组成部分，主要用于筛选小分子与蛋白质之间的相互作用。文库构建的过程包含将目标基因或cDNA片段克隆到酵母表达载体中，并且融合到适当的DNA结合域（BD）或转录激活域（AD）上。

2.1 酵母三杂交文库构建步骤

1).小分子选择与准备：酵母三杂交系统的核心是小分子。因此，选择适当的小分子（如化合物、药物、天然产物等）是文库构建的首要步骤。小分子可以是潜在的药物靶点，或是参与特定生物过程的小分子。

2).目标基因的克隆与构建：

   - 目标蛋白A的克隆：将目标蛋白的编码序列克隆到DNA结合域（BD）表达载体上，使其能够与DNA特定位点结合。

   - 蛋白质B的克隆：将可能与目标蛋白A相互作用的蛋白质B的基因克隆到转录激活域（AD）表达载体上。

   - 文库建设：将多种目标基因或cDNA文库构建到酵母表达载体中，形成一个能够表示大量蛋白质间相互作用的酵母三杂交文库。

3).文库转化：通过化学转化方法将构建好的文库转化到酵母细胞中，并确保文库具有足够的多样性，能够涵盖目标蛋白可能的相互作用对象。

4).文库的质控：构建的酵母三杂交文库需要进行质量控制。使用PCR、测序等方法确认文库的多样性和目标基因的完整性。

2.2 酵母三杂交文库的挑战与优化

构建酵母三杂交文库时需要克服一些挑战：

- 小分子浓度的调控：小分子的浓度需要精确调控，过高或过低的浓度都可能影响酵母细胞的生长或干扰相互作用的发生。

- 文库的多样性：高质量的文库应具有足够的多样性，覆盖不同的基因或蛋白质，以确保能够筛选出有效的相互作用。

- 转化效率的提高：提高转化效率是文库成功构建的关键。通过优化转化条件和使用合适的酵母菌株，可以提高转化率。

3. 酵母三杂交技术的应用

酵母三杂交技术的广泛应用主要体现在以下几个方面：

3.1 药物筛选与药物靶点发现

酵母三杂交技术广泛应用于药物筛选和药物靶点发现。通过构建包含已知或潜在药物靶点的酵母三杂交文库，结合化合物或天然产物的小分子筛选，可以发现新的药物靶点或药物分子。例如，在筛选抗癌药物时，通过酵母三杂交技术，科研人员可以识别小分子药物与癌症相关蛋白之间的相互作用，帮助发现新的治疗靶点。

3.2 蛋白质功能研究

酵母三杂交技术在蛋白质功能研究中也有着重要作用，尤其是在揭示蛋白质与小分子或其他蛋白质间的调节作用时。通过酵母三杂交实验，科研人员可以探索蛋白质如何通过小分子调控其功能，或者如何与其他蛋白质共同作用。

3.3 代谢路径的解析

酵母三杂交技术也可以用于代谢通路的研究。通过筛选小分子与代谢酶或代谢相关蛋白之间的相互作用，帮助揭示细胞内代谢网络的调控机制。例如，研究者可以通过构建酵母三杂交文库，筛选出与特定代谢途径相关的小分子，进一步研究其生物学功能。

4. 酵母三杂交技术的未来展望

酵母三杂交技术正处于快速发展之中，未来的研究方向主要包括：

- 高通量筛选平台的构建：随着技术的不断进步，酵母三杂交技术有望与自动化、微流控等高通量筛选技术结合，提高筛选效率和精确度。

- 多重相互作用分析：未来的酵母三杂交技术可能发展为多重相互作用分析工具，不仅能够同时检测蛋白质之间的多重相互作用，还能评估小分子在这些相互作用中的多重调节作用。

- 疾病机制研究：随着对疾病机制的深入理解，酵母三杂交技术将成为揭示复杂疾病分子机制的重要工具，尤其是在癌症、神经退行性疾病等方面。

在酵母三杂交技术的应用中，泰克生物通过精细的技术优化，为客户提供精准、高效的文库构建与筛选服务。酵母三杂交技术是一种能够同时检测多个蛋白质相互作用的系统，它结合了酵母双杂交的优势，并通过引入第三种融合蛋白进行多重互作检测，适用于更加复杂的蛋白质互作网络研究。泰克生物的酵母三杂交服务能够在高通量筛选中大大提高相互作用的检测效率，帮助科研人员快速发现新的相互作用关系，推动生物学研究的深入发展。这项技术在细胞信号传导、疾病机理研究等领域具有广泛的应用前景。

泰克生物https://www.tekbiotech.com/service/yeast-hybridization-technology-service.html

参考文献

1. Wang, Z., et al. (2011). Yeast three-hybrid system for studying small-molecule–protein interactions. Nature Protocols, 6(9), 1221-1228.  

2. Stagljar, I., & Fields, S. (2002). Membrane yeast two-hybrid system: a novel method for analyzing membrane protein interactions. Trends in Biochemical Sciences, 27(11), 559-563.  

3. Miller, L., et al. (2013). The Yeast Three-Hybrid System: A Powerful Tool for Small-Molecule Drug Discovery. Molecular Pharmacology, 84(5), 1015-1023.  

4. Cheung, L. A., etal. (2006). Yeast Three-Hybrid: A Tool to Study Protein-Small Molecule Interactions. Methods in Molecular Biology, 352, 189-204.  

5. Ohnishi, Y., et al. (2015). A novel approach to drug discovery based on the yeast three-hybrid system. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 23(5), 1171-1177.