专访向杨：传统技术与创新思路的激情碰撞

来自伊利诺斯大学厄尔本纳-香槟分校分校，霍德华休斯医学院等处的研究人员利用创新思路，在传统技术基础上研发了一种新型蛋白分析技术，这种技术能帮助科学家们获得胞内单蛋白复合物的直观图像，为分析具有生物功能的蛋白复合物提供了一种快速，灵敏，有效的平台。这一研究成果公布在顶级期刊《Nature》杂志上。

　　

生物通报道：创新从根本上来说都是在原有传统理论上的改进，比如爱迪生发明的灯泡，实际上是在前人的基础上改进灯丝后申请的专利，蔡伦的造纸术也是早已有人应用后被蔡伦改进并推广的。科学技术的发展不是直线型的，而是曲折盘旋而上的，要想获得创新性的成果或技术发明，不仅可以从已有技术中挖掘改进缺陷，而且还可将其它领域技术移植到已有技术上，在这一方面，近年来生物学与物理，数学等跨学科的联合应用就是典型范例。

6月来自伊利诺斯大学厄尔本纳-香槟分校分校，霍德华休斯医学院等处的研究人员就在这一思路下，研发了一种新型蛋白分析技术，这种技术能帮助科学家们获得胞内单蛋白复合物的直观图像，为分析具有生物功能的蛋白复合物提供了一种快速，灵敏，有效的平台。这一研究成果公布在顶级期刊《Nature》杂志上。

文章的通讯作者是伊利诺斯大学厄尔本纳-香槟分校的华裔学者向杨博士（Yang "Kevin" Xiang），以及Taekjip Ha教授。其中向杨博士早年毕业于武汉大学，在俄勒冈医科大学获得博士学位，并在斯坦福大学完成博士后研究，现任美国伊利诺伊大学厄尔本纳-香槟分校分子及整合生理学系的助理教授。为了更深入了解这种重要的技术，生物通特联系了向杨博士，就读者感兴趣的问题请教了他。

 
（向杨博士，图片来源：伊利诺斯大学厄尔本纳-香槟分）

生物通：蛋白是生命功能的执行者，不同的蛋白能结合成不同的蛋白复合物，完成机体不同的功能，从而造就了生物机体多样化的行为，然而目前分析蛋白复合物中蛋白相互作用的方法却不完善，您的研究组开发了一种新型的方法：SiMPull（single-molecule pull-down），能帮助科学家们更深入的分析各种体内蛋白，这种方法具体是什么呢？相比较于其它方法，具有哪些优点和局限性呢？

向博士：简而言之，SiMPull技术就是将免疫共沉淀技术（co-immunoprecipitation，co-IP）与全内反射荧光显微（TIRF）技术很好的结合在一起的，一种高灵敏度，低背景的新技术，这种技术能用于分析单复合物水平上的蛋白集合。

SiMPull技术的优点在于能高灵敏定量分析分子复合物，这种方法方便，快捷，简单，而且所需的样品量少，比如少量细胞，甚至单个细胞都可以作为样品进行分析。其缺点则主要是这种技术不能用于分析蛋白与蛋白相互作用的动力学。

生物通：SiMPull方法可以针对哪些蛋白样品进行分析，哪种蛋白样品特别合适采用这种方法？您认为这一技术平台是否有商业化的可能呢？

向博士：SiMPull技术已经用于分析胞质蛋白，膜蛋白（包括受体），核蛋白，以及亚细胞结构中的一些蛋白。从根本上说SiMPull可以用于细胞中所有类型的蛋白。

这一技术毫无疑问具有极大的商业潜力，一些企业已经和我们联系，希望能研发基于SiMPull技术的诊断工具。

生物通：生命科学发展至今，正朝着两个方向分化发展：宏观和微观。微观方面近年来单分子技术发展迅猛，一些华裔学者在这一领域也取得了许多重要的成果，您能谈一下您对这一领域的看法吗，您认为这一领域的未来发展趋势是什么？

向博士：单分子技术是探索细胞功能机制，和生命原理的重要研究工具。生物学研究的最大困境之一就是大部分的研究都局限在一些定性信息上，这和100多年前达尔文，或者医生们所用的信息没什么两样。近期数学，化学，物理学和生物学的跨学科合作为定量生物学的发展带来了曙光。

生物通：在Nature这样的顶级刊物上发表自己的研究成果并不容易，您认为这项研究得以在Nature杂志上发表的关键是什么？

向博士：这篇文章是通过在传统方法（co-immunoprecipitation）和单荧光分子技术之间搭建桥梁，获得定量信息的一个典型案例。这种技术直接，简单，而且应用广泛，是未来分析蛋白和蛋白复合物的一种革新性技术。

如需了解更多有关向杨研究组信息，请查看：http://mcb.illinois.edu/faculty/profile/kevinyx

（生物通：王蕾）

原文摘要：

Probing cellular protein complexes using single-molecule pull-down

Proteins perform most cellular functions in macromolecular complexes. The same protein often participates in different complexes to exhibit diverse functionality. Current ensemble approaches of identifying cellular protein interactions cannot reveal physiological permutations of these interactions. Here we describe a single-molecule pull-down (SiMPull) assay that combines the principles of a conventional pull-down assay with single-molecule fluorescence microscopy and enables direct visualization of individual cellular protein complexes. SiMPull can reveal how many proteins and of which kinds are present in the in vivo complex, as we show using protein kinase A. We then demonstrate a wide applicability to various signalling proteins found in the cytosol, membrane and cellular organelles, and to endogenous protein complexes from animal tissue extracts. The pulled-down proteins are functional and are used, without further processing, for single-molecule biochemical studies. SiMPull should provide a rapid, sensitive and robust platform for analysing protein assemblies in biological pathways.

作者简介：
向杨，博士，美国伊利诺伊大学厄尔本纳-香槟分校分子及整合生理学系的助理教授。本科毕业于武汉大学生物学系，在俄勒冈医科大学获得博士学位，并在斯坦福大学完成博士后研究，师从第一个克隆出beta肾上腺素受体的Prof.Brian Kobilka。目前主要从事肾上腺素受体等G蛋白偶联受体在心脏疾病和阿尔兹海默病中的作用，采用单分子及活体细胞成像技术以及转基因动物研究心力衰竭和阿尔兹海默等疾病的发病机制，探寻其新的治疗靶点。已在Science、JBC、PNAS、Circulation Research等期刊发表多篇论文，最近有1篇论文即将在Nature发表。获多项美国国立卫生研究院（NIH），阿尔兹海默病协会、美国心脏病协会及其他基金的资助，担任Journal of Cell Biology, Circulation Research多个国际著名期刊的审稿人，并是美国心脏病协会的课题评审专家。