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Actin变异系数高达47%!还能用作中枢神经系统内参吗?

来源: | 作者:/ | 发布时间: 2025-03-13 | 129 次浏览 | 分享到:


以下内容来源于伯乐生命科学:





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Western Blot 实验中,内参蛋白的选择可谓至关重要:控制上样量,确保各个样本上样量一致,确保数据的可靠性与准确度。然而,在人类中枢神经系统(CNS)中具备内参蛋白特征的选择很少,包括常用的管家蛋白(actin、tubulin、GAPDH等)。




澳大利亚精神病学实验室Brian Dean教授认为很难找到在人类中枢神经系统中表达的基因符合内参所要求的严格标准。可能的原因是人类中枢神经系统由多种细胞类型组成,在不同的中枢神经系统区域以不同的组合存在,管家蛋白表达会受到细胞类型差异的显著影响,难以保持稳定,因此作为内参的可靠性大打折扣 。此外,疾病病理状态也会影响管家蛋白表达,病理过程可能包括神经细胞的应激反应、代谢改变或基因调控异常等因素。


为确认β-actin是否适合作为中枢神经系统样品Western Blot实验的内参,Brian Dean教授研究小组开展了一项系统性研究,结果发现β-actin在皮质中的变异系数高达47%!这一结果基本上说明了β-actin可能不适合在相应样品中作为内参使用(参考文献1)。这是一项极具价值的系统性研究,他们使用 194 名患有或未患有精神疾病的受试者大脑样品,对其布罗德曼区 9(BA9)中常用内参蛋白 β-actin 的水平进行了细致检测 。


布罗德曼区 9 位于背外侧前额叶皮层内,该区域被认为受精神分裂症和情绪障碍等疾病的病理生理学影响,因此选择这一区域进行研究,有助于清晰地了解常用管家蛋白是否会随病理生理学变化而改变。在样本选取上,研究小组全面考量了多种因素,涵盖了不同性别、年龄、精神疾病状态的人群,其中男性 136 名,女性 58 名,平均年龄为 49 岁 。这些受试者包含 70 名没有精神或神经障碍病史的健康者、75 名精神分裂症患者、24 名重度抑郁症患者、17 名双相情感障碍患者和 8 名没有可识别精神病的自杀者,确保了样本的多样性和代表性。



重要的研究结论包括:


  1. Actin 水平高变异:跨病例样本的 β-actin 信号总强度范围呈现出极大的跨度,从 212 至 4,461 不等,变异系数高达 47% !这一数据直观地表明,β-actin 在不同个体中的表达水平存在着显著的差异,其稳定性远不能满足内参蛋白的严格要求。β-actin 如此高的变异系数,无疑使其作为中枢神经系统 WB 实验内参的可靠性大打折扣,可能会对实验结果的解读产生严重的干扰 。

  2. 与总蛋白比例不恒定:β-actin 在人中枢神经系统中与组织总蛋白的比例并不恒定,β-actin 水平并未反映起始总蛋白浓度 。内参蛋白的一个重要特性是与组织总蛋白保持恒定的比例关系,这样才能在实验中准确地校正目标蛋白的表达量。进一步证明了其不适合作为中枢神经系统 WB 实验的内参 。

  3. 与其他因素的相关性:β-actin 的信号强度与年龄、中枢神经 pH、PMI(死后间隔时间)、中枢神经重量、病期(DI)等均没有显著相关性 。虽然从表面上看,这似乎符合内参蛋白不受这些因素影响的特点,但结合其表达水平的高变异系数以及与总蛋白比例的不恒定,这种 “不相关性” 并不能说明 β-actin 适合作为内参 。因为内参蛋白不仅要不受这些因素的影响,更重要的是要在不同样本中保持稳定的表达和与总蛋白恒定的比例关系 。而 β-actin 在其他关键方面的不足,使得它难以满足内参蛋白的综合要求,无法为中枢神经系统 WB 实验提供可靠的参照 。


Brian Dean教授研究组发现Ponceau S染色的总蛋白比β-actin作为中枢神经系统WB内参具有更低的变异系数(24~27%),强烈建议相关研究使用总蛋白染色内参。但Ponceau S染色因灵敏度相对较低、染色结果不稳定、背景干扰、颜色区分度欠佳等缺点,也会为实验者带来一定的使用不便。








匹兹堡大学Divay Chandra实验室研究了几种不同的Western Blot总蛋白染色方法的准确性和可重复性,以及这些方法对实验结果的影响,包括Ponceau S和Stain-Free(Bio-Rad免染)方法。其关键结论如下(参考文献2):


01

准确性


Stain-Free 方法在不同类型的膜和蛋白载量下都能保持高准确性,而 Ponceau S 的准确性受膜类型和蛋白载量的影响较大。

02

精确度:


Stain-Free 方法的精确度高于 Ponceau S,能够减少数据中的技术变异性,从而提高结果的可重复性。

03

实验设计:


使用 Stain-Free 方法可以显著减少获得有统计学意义结果所需的样本数量,这对于实验设计和资源利用具有重要意义。







论文指出,尽管 Ponceau S 是一种常用的总蛋白归一化方法,但其在不同膜类型和蛋白载量下的表现不够稳定,尤其是在 PVDF 膜上。相比之下,Stain-Free 方法在各种条件下都能保持高准确性和精确度,因此在 Western 印迹实验中,推荐优先使用 Stain-Free 方法进行总蛋白归一化。这不仅提高了数据的可信度,还减少了实验所需的样本量,提高了实验效率。

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图源:参考文献2


Stain-Free免染技术是一种Bio-Rad开发的用于Western Blot实验中的总蛋白归一化方法,它通过在凝胶中加入特殊的化学试剂,能够在电泳后中直接检测凝胶中或膜上的蛋白质,而无需额外的染色步骤。Stain-Free技术特别适用于需要高准确性和精确度的Western印迹实验,尤其是在处理不同类型的膜和蛋白上样量时。

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1.Parkin GM, Udawela M, Gibbons A, Dean B. Β-actin does not show the characteristics of a reference protein in human cortex. Electrophoresis. 2019 Jan;40(2):247-253. doi: 10.1002/elps.201800328. Epub 2018 Nov 6. PMID: 30367480.
2.Maloy A, Alexander S, Andreas A, Nyunoya T, Chandra D. Stain-Free total-protein normalization enhances the reproducibility of Western blot data. 

Anal Biochem. 2022 Oct 1;654:114840. doi: 10.1016/j.ab.2022.114840. Epub 2022 Aug 2. PMID: 35931182; PMCID: PMC10214384.

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