应用案例（蛋白稳定性分析仪-PSA-16）：差示扫描荧光技术分析蛋白稳定性

翻译整理：北京佰司特科技有限责任公司     

蛋白质是生物体中广泛存在的一类生物大分子，具有特定立体结构的和生物活性以及诸多功能，根据这些功能我们可以将其应用于蛋白质的分子设计、蛋白质功能的改造、疾病的基因治疗以及新型耐抗药性药物的开发与设计甚至是发现生物进化的规律等先进科研领域上。因此，蛋白质具有非常重要的研究价值。进行蛋白质性质和功能研究的前提是获得稳定的蛋白质样品，而由于蛋白质自身性质的复杂性，难以保证获得的蛋白质样品是否具有正确的三维结构以及功能，因此急需一种技术手段或设备，对蛋白质的稳定性进行分析，确定获得蛋白质最ZUI适宜的缓冲液条件、蛋白质的长期储存稳定性等。另外在进行蛋白质-配体小分子相互作用研究时，因为需要筛选的小分子配体数量巨大，因此也急需一种技术手段或设备，可以高通量的对配体结合进行筛选。

差示扫描荧光法(differential scanning fluorimetry, DSF)是一种方便快捷的高通量药物筛选及靶标发现的方法，通过荧光染料或蛋白内源荧光信号检测升温过程中蛋白构象的变化计算其熔解温度Tm（折叠蛋白与去折叠蛋白相等时的温度）。蛋白中的色氨酸和酪氨酸可以被280 nm的紫外光激发并释放出荧光，其荧光性质与所处的微环境密切相关。蛋白变性过程中，色氨酸从疏水的蛋白内部逐渐暴露到溶剂中，荧光释放的峰值也从330 nm逐渐转移到350 nm。该方法具有蛋白样品消耗量少、通量高、温度变化范围广及数据准确等优点，被广泛用于蛋白质稳定性（蛋白质热稳定性参数及其影响因素）、蛋白结构和构象、蛋白-配体相互作用及蛋白质稳定剂、抑制剂、辅助因子等领域的研究。

差示扫描荧光法(differential scanning fluorimetry, DSF)包括两种：染料法DSF、内源DSF（intrinsic DSF）。

最常用的染料法DSF是通过标记染料来检测升温过程中蛋白构象的变化。比如SYPRO Orange，是一种环境敏感的疏水染料，当温度升高时，蛋白去折叠，疏水部分暴露出来，染料与蛋白质的疏水部分特异性结合，荧光增强。在有特定化合物或配体结合的情况下，蛋白稳定性会上升，表现为熔解温度的上升。

内源DSF（intrinsic DSF）则是基于蛋白去折叠过程中色氨酸发射光谱的位移进行检测。通过检测温度变化/变性剂浓度变化过程中蛋白内源紫外荧光（350 nm/330 nm比值）的改变，获得蛋白的热稳定性(Tm值)、化学稳定性（Cm值）等参数。相比传统的方法，无需添加染料，通量高，样品用量少，数据精度高。

多功能蛋白稳定性分析仪PSA-16是一款无需加入荧光染料、高通量、低样品消耗量检测蛋白质稳定性的设备。该设备基于内源差示扫描荧光技术（intrinsic fluorescence DSF），通过检测温度变化/变形剂浓度变化过程中蛋白内源紫外荧光的改变，获得蛋白质的热稳定性(Tm值)、化学稳定性（Cm值）等参数。可应用于蛋白缓冲液条件筛选及优化、小分子与蛋白结合情况的定性测定、蛋白质修饰及改造后的稳定性测定、蛋白变/复性研究、不同批次间蛋白稳定性对比等多个方面。

基于内源差示扫描荧光技术（intrinsic fluorescence DSF），在无需添加外源染料的条件下，对蛋白进行升温变性，通过内源荧光和散射光的变化与三级结构变化的关系，PSA-16可用于测定不同buffer中蛋白的Tm值变化，获得蛋白质正确折叠的最ZUI优buffer条件；测定不同detergent条件下膜蛋白Tm值，进行detergent筛选；测定不同添加剂对蛋白稳定性的影响；测定添加配体后Tm值变化进行配体结合筛选；测定蛋白中变性部分的比例，进行质量控制；测定蛋白Tm值与浓度的相关性，获得最ZUI优蛋白浓度进行后续结晶等实验；测定蛋白去折叠过程，进行蛋白复性条件筛选；测定蛋白folding enthalpy，研究蛋白的长期稳定性；测定不同批次和存储后的蛋白的稳定性，并进行相似性评分，对蛋白进行质量控制。

★    蛋白热稳定性分析

★    蛋白化学稳定性分析

★    蛋白等温稳定性分析

★    蛋白颗粒稳定性分析

★    免标记热迁移实验（dye-free TSA）

★    蛋白去折叠、再折叠、结构相似性分析

★    蛋白质量控制分析

多功能蛋白稳定性分析仪PSA-16基于内源差示扫描荧光（ifDSF）技术，广泛应用于蛋白质稳定性研究、蛋白质类大分子药物（抗体）优化工程、蛋白质类疾病靶点的药物小分子筛选和结合力测定等领域，具有快速、准确、高通量等诸多优点。蛋白质中色氨酸/酪氨酸的荧光性质与它们所处的环境息息相关，因此可以通过检测蛋白内部色氨酸/酪氨酸在加热或者添加变性剂过程中的荧光变化，测定蛋白质的化学和热稳定性。

PSA-16采用紫外双波长检测技术，可精准测定蛋白质去折叠过程中色氨酸和酪氨酸荧光的变化，获得蛋白的Tm值和Cm值等数据；测定时无需额外添加染料，不受缓冲液条件的限制且测试的蛋白质样品浓度范围非常广（10 µg/ml - 250 mg/ml），因此可广泛用于去垢剂环境中的膜蛋白和高浓度抗体制剂的稳定性研究。此外，PSA-16具有非常高的数据采集速度，从而可提供超高分辨率的数据。同时PSA-16一次最多可同时测定16个样品，通量高；每个样品仅需要15 uL，样品用量少，非常适合进行高通量筛选。PSA-16操作简单，使用后无需清洗，几乎无维护成本。

★    非标记测试

★    10分钟内完成16个样品的分析

★    仅需10μL样品，浓度范围0.005mg/ml—200mg/ml

★    15-110℃温控范围，升温速率0.1-7℃/min

★    适用于任意种类的蛋白分子

★    无需清洗和维护

★    可增配机械手臂实现全自动工作

性能参数：

★    直接检测蛋白质内源紫外荧光，测定时无需额外添加染料，不限制蛋白缓冲液。

★    可同时测定16个样品。

★    样品管材质：高纯度石英管，8联排设计，可使用多通道移液器批量上样，亦可单管使用。

★    样品体积：15 μL/样品。

★    样品浓度范围：0.01 mg/mL–250 mg/mL。

★    温控范围：15-110℃可选。

★    升温速度范围：0.1-15℃/分钟可调。

★    温控精度：+ 0.2℃。

★    采样频率：1 HZ，1/60 HZ可选。

★    应用范围：热稳定性实验、化学稳定性实验、等温稳定性实验、温度循环实验、TSA实验。

★    软件具备比对功能，可通过热变性曲线对蛋白进行相似性评分。

★    测定参数：Tm、Ton、Cm、ΔG、Similarity。

★    Tm测定精度：<0.5% CV。

★    仪器使用时无需预热及预平衡，实验完成后无需清理，无后续维护费用。

★    一体机，可以通过触摸屏进行试验设置，实时采集数据和显示数据，生成详细的结果报告。

应用领域：

多功能蛋白质稳定性分析仪PSA-16应用涵盖植物、生物学、动物科学、动物医学、微生物学、工业发酵、环境科学、农业基础、蛋白质工程等多学科领域。蛋白质是最终决定功能的生物分子，其参与和影响着整个生命活动过程。现代分子生物学、环境科学、动医动科、农业基础等多种学科研究的很多方向都涉及蛋白质功能研究，以及其下游的各种生物物理、生物化学方法分析，提供稳定的蛋白质样品是所有蛋白质研究的先决条件。因此多功能蛋白质稳定性分析系统在各学科的研究中都有基础性意义。
 

1.    抗体或疫苗制剂、酶制剂的高通量筛选

2.    抗体或疫苗、酶制剂的化学稳定性、长期稳定性评估、等温稳定性研究等

3.    生物仿制药相似性研究（Biosimilar Evaluation）

4.    抗体偶联药物（ADC）研究

5.    多结构域去折叠特性研究

6.    物理和化学条件强制降解研究

7.    蛋白质变复性研究（复性能力、复性动力学等）

8.    膜蛋白去垢剂筛选，膜蛋白结合配体筛选（Thermal Shift Assay）

9.    基于靶标的高通量小分子药物筛选（Thermal Shift Assay）

10.    蛋白纯化条件快速优化等

北京佰司特科技有限责任公司 (https://www.best-sciences.com)

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