這種稱為“micro-western arrays”（微印跡分析，譯）的方法能將蛋白檢測常用實(shí)驗：Western blot的特異識別能力，和DNA芯片檢測的高通量能力結(jié)合起來，幫助科學(xué)家們一次實(shí)驗就可以觀測到細(xì)胞中各種蛋白之間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，節(jié)省了每次反復(fù)實(shí)驗的人力和物力。

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的芝加哥大學(xué)癌癥生物研究所資深研究員Richard B. Jones表示，“蛋白才是細(xì)胞中真正的行使功能的‘儀器’，但是由于這一系統(tǒng)太復(fù)雜，所以還沒有科學(xué)家能深度剖析它們，現(xiàn)在我們終于能利用這一技術(shù)分析蛋白了。”

自上個世紀(jì)70年代以來，實(shí)驗室就開始利用Western blot方法來檢測蛋白，這種方法又稱為免疫印跡，是將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到膜上，然后利用抗體進(jìn)行檢測，對已知表達(dá)蛋白，可用相應(yīng)抗體作為一抗進(jìn)行檢測，對新基因的表達(dá)產(chǎn)物，可通過融合部分的抗體檢測。Western blot方法由于蛋白是以非共價鍵形式吸附在固相載體（例如硝酸纖維素薄膜）上，因此能保持電泳分離的多肽類型及其生物學(xué)活性不變，從而被廣泛的用于檢測蛋白水平的表達(dá)。

這一方法導(dǎo)致了細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域大量成果的涌現(xiàn)，但是仍然受限于WB實(shí)驗需要大量細(xì)胞原料和昂貴的抗體，而且這一方法也不能同時進(jìn)行多個蛋白的檢測。隨著細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)中成百上千的蛋白被發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們越來越希望能分析這些蛋白的活動，和蛋白之間的相互作用。

正如Jones博士說的那樣，“當(dāng)你走進(jìn)一間黑暗的房間，如果不能獲得許多信息，那么很難去預(yù)測將會發(fā)生什么”，“如果有人點(diǎn)亮了燈，那么我們就不會再磕碰到物體了。”

Micro-western arrays（MWA）技術(shù)就是這樣的一盞燈，這種方法將芯片技術(shù)這種單個實(shí)驗就能檢測出上千基因的工具運(yùn)用到蛋白上，利用預(yù)制的micro-western膠（包含96個微膠（miniature，譯）），幫助科學(xué)家們同時比較數(shù)以百計的蛋白表達(dá)，或者一次性比較不同治療條件下蛋白的情況。而且這種方法只需要納升級細(xì)胞原料和抗體，減少了實(shí)驗成本，也zui大化了單個樣品實(shí)驗?zāi)塬@得的信息。

這種MWA方法具體步驟見下圖，研究人員為了能結(jié)合微型Western Blots方法和微孔板液體操作方法，首先通過一種96孔板大小的96塊統(tǒng)一的非接觸芯片膠來預(yù)印細(xì)胞裂解物，這樣6中不同的細(xì)胞裂解物也許就能通過96個不同的抗體進(jìn)行檢測，或者24個不同的裂解物通過24個不同的抗體進(jìn)行檢測。為了增加大分子蛋白的轉(zhuǎn)膜率，以及降低小分子蛋白的轉(zhuǎn)膜率，研究人員使用了醋酸鹽緩沖液來跑膠。每個蛋白點(diǎn)，每次在膠統(tǒng)一位置加6nl樣品，反復(fù)10次，這比一次放置60nl，蛋白點(diǎn)密度更大，信號更好。在印跡上樣品后，研究人員將這些樣品進(jìn)行半干式蛋白電泳（semidry electrophoresis），12分鐘后轉(zhuǎn)至NC膜，進(jìn)行掃描檢測。

這種高通量分析技術(shù)，結(jié)合了蛋白芯片分析，將納升級的樣品點(diǎn)在膠上進(jìn)行電泳，從而可以不同分子量的蛋白進(jìn)行分離，因此效果與傳統(tǒng)的Western Blotting一樣好，但是時間可以大大縮短，包含transfer、blocking、washing、2nd antibody需要2天，數(shù)據(jù)分析約需要2-3天，整個過程大約1周的時間，比傳統(tǒng)Western Blotting快48倍。這種新的技術(shù)，可以用極少量的樣品和抗體分析大量數(shù)目不同蛋白的變化，極適合研究干細(xì)胞、癌細(xì)胞、組織發(fā)育等過程中信號傳導(dǎo)路徑（signaling transduction pathway）的變化。

研究人員將MWA技術(shù)與傳統(tǒng)的Western Blot技術(shù)進(jìn)行了比較，見下圖，左邊為傳統(tǒng)的WB方法，中間為MWA方法，研究人員利用200ng/ml的EGF刺激A431細(xì)胞，然后裂解細(xì)胞，獲得裂解物，一抗β-actin單克隆抗體鼠抗（IR800 （LI-COR）二抗檢測，綠色），和多克隆抗體兔抗（Alexa Fluor 680 二抗檢測，紅色）證明了兩者的檢測效果相當(dāng)。右邊是熒光信號變化的折線圖。

研究人員也進(jìn)行了驗證實(shí)驗，他們分析了一個癌細(xì)胞系中大量EGFR蛋白的情況，Jones博士說，“我們開始對這些之前從未有人進(jìn)行的實(shí)驗進(jìn)行驗證，這些實(shí)驗證明我們實(shí)際上同時能觀測120個靶標(biāo)”。研究發(fā)現(xiàn)激活EGFR能同時激活幾種不同的細(xì)胞受體，這是一項新發(fā)現(xiàn)，解釋了為什么一些腫瘤能產(chǎn)生癌癥治療抗性。

Jones博士之前還曾合成超過500條含磷酸化酪氨酸的多肽，并且利用E. coli細(xì)菌分離數(shù)百個人類SH2- and PTB-位點(diǎn)包含蛋白，研究AR受體以及EGFR、MET和KIT的RTK受體被磷酸化酪氨酸后，與人類基因中含SH2-domain或PTB-domain上百個蛋白之間的相互作用。

隨著更多實(shí)驗的進(jìn)行，這一方法未來也許能用于臨床癌癥和其它疾病更的診斷，或者用于直接個性化治療，臨床實(shí)驗受限于大多數(shù)的癌癥都是通過一種，或者兩種標(biāo)記物進(jìn)行檢測，這種方法容易出錯，利用MWA方法，Jones博士表示，“我們就能同時進(jìn)行多種蛋白檢測，而不會僅僅局限于單個的猜想，這是之前從未能做到的。”

一些科學(xué)家也表示了對這種技術(shù)的看好，比如來自哥倫比亞大學(xué)生物醫(yī)藥信息學(xué)院的Andrea Califano就表示，“我認(rèn)為這確實(shí)是一項技術(shù)突破，利用這種方法，我們就能更接近真實(shí)情況的模擬修飾后的信號蛋白，它們具有怎樣的活性，相互之間如何作用，這在目前的技術(shù)條件下是無法實(shí)現(xiàn)的”，“這打開了一扇了解細(xì)胞分子全貌的窗。”

來自都柏林大學(xué)的系統(tǒng)生物學(xué)主任Walter Kolch也認(rèn)為，“系統(tǒng)生物學(xué)的zui大難題之一就是無法獲得高密度，實(shí)時性和高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，micro-western array方法也許能zui終解決這一問題”，“這是一個在傳統(tǒng)方法基礎(chǔ)上，運(yùn)用新的idea得到一種新技術(shù)的好例子。”

原文摘要：

Systems analysis of EGF receptor signaling dynamics with micro-western arrays.

Nature Methods, January 24, 2010

實(shí)驗室簡介：

Dr. Richard Jones實(shí)驗室主要進(jìn)行系統(tǒng)生物（system biology）和高通量（high-throughput）方式的研究，

主要研究范圍包含：（1）參與合成超過500條含phosphorylated tyrosine的peptide，并且利用E. coli細(xì)菌分離數(shù)百個人類SH2- and PTB-domain containing proteins，研究AR受體以及EGFR、MET和KIT之receptor tyrosine kinase（RTK）受體上之tyrosine被磷酸化（phosphorylation）后與人類基因中含SH2-domain或PTB-domain之百多個蛋白質(zhì)可能之交互作用。

（2）參與研發(fā)新的高通量電泳分析技術(shù)（high-throughput western blotting）結(jié)合蛋白質(zhì)微陣列點(diǎn)片機(jī)（protein array），將奈升（nano-litter）尺度的sample，點(diǎn)在膠上進(jìn)行電泳分析。這種名為Micro-Western Array的技術(shù)可對不同分子量的蛋白質(zhì)進(jìn)行分離，因此效果和傳統(tǒng)的Western Blotting一樣好，但是時間可以大大縮短，整個過程大約1周的時間，比傳統(tǒng)Western Blotting快。這種新的技術(shù)，可以用極少量的sample和antibody分析大量數(shù)目不同蛋白質(zhì)的變化，極適合研究干細(xì)胞、癌細(xì)胞、組織發(fā)育等過程中訊息傳導(dǎo)路徑（signaling transduction pathway）的變化。

未來Dr. Richard Jones實(shí)驗室將利用Micro-Western Array系統(tǒng)研究干細(xì)胞的分化（differentiation）、癌細(xì)胞周邊的血管增生（angiogenesis）、以及癌癥進(jìn)展和惡化過程中訊號傳遞網(wǎng)路的改變。