“会读质粒图才能用好质粒。”
蛋白标签(protein tag)是利用DNA重组技术，将目的蛋白一起融合表达的一种多肽或蛋白，以便于蛋白的表达，检测，示踪和纯化。现在已经开发出来了很多具有不同功能的蛋白标签。
体外重组表达系统中常见四大表达系统是原核表达系统，哺乳动物表达系统，酵母表达系统及昆虫细胞表达系统，各个系统都有自己相对应的一套复杂体系，需要深入研究才能发现其中有意思的地方，下面表格仅仅是不同系统有缺点的大致介绍。
表达系统优点缺点
大肠杆菌表达系统表达背景清楚，表达水平高，操作简单，培养周期短，抗污染能力强表达真核基因只能用cDNA，不能进行翻译后的加工修饰，含有大量内毒素
哺乳细胞表达系统使蛋白正确折叠，提供复杂N型糖基化和准确的O型糖基化加工修饰产率低，某些糖基化产物不稳定，不易纯化
酵母表达系统使用简单，表达量高，可大规模生产可能出现蛋白切割问题
昆虫表达系统高效表达，完善的加工修饰外源蛋白无法连续性表达
蛋白标签的选择非常重要，选择合适的蛋白标签不仅有利于蛋白的纯化，还能促进蛋白的溶解度，最重要的是不能影响蛋白的结构和功能以及下游应用。这一部分主要介绍蛋白纯化标签，用于表达蛋白纯化实验设计和操作。
蛋白纯化标签蛋白
融合标签KD功能是否切除
HIS0.84有利纯化，能纯化可溶性/包涵体蛋白标签小，对蛋白无影响
GST26增强蛋白可溶性，仅能纯化可溶性蛋白，屏蔽毒性蛋白标签较大，影响较大
MBP44.4增强蛋白可溶性，屏蔽毒性蛋白
NusA55增强蛋白可溶性，屏蔽毒性蛋白
SUMO11.2增强可溶性，屏蔽毒性蛋白
His-Tag(组氨酸标签)--首选标签
His-Tag是由6-10个组氨酸残基组成的，分子量约0.84kDa，非常小，通常插入到目的蛋白的N端或C端，是原核表达常用的标签，蛋白纯化之后不需要剪切掉，对蛋白功能几乎没有影响。
His-Tag本身的特性对目的蛋白基本无影响，不会导致二聚体的形成
分子量小，对后期的应用不会产生大影响
免疫原性低，可将纯化的蛋白直接注射动物进行免疫制备抗体
His-Tag标签融合蛋白可用于蛋白质-蛋白质，蛋白质-DNA相互作用研究
可与别的标签构建多标签表达，纯化条件温和
常用金属离子亲和层析分离纯化带有组氨酸标签的蛋白，填料耦合二价金属离子后比如镍后带有电荷，能够选择性的吸附带有His-Tag变形或非变形蛋白。
GST-Tag(谷胱甘肽巯基转移酶)
GST全称：Glutathione S-transferase（谷胱甘肽S-转移酶）
来源物种：Schistosoma japonicum （日本吸血虫）
分子量：26KDa(单体)；58.5 KDa(二体)
Km (glutathione)：0.43±0.07 mM
等电点（pI）：5.0
GST的氨基酸序列
MSPILGYWKIKGLVQPTRLLLEYLEEKYEEHLYERDEGDKWRNKKFELGLEFPNLPYYIDGDVKLTQSMAIIRYIADKHNMLGGCPKERAEISMLEGAVLDIRYGVSRIAYSKDFETLKVDFLSKLPEMLKMFEDRLCHK TYLNGDHVTHPDFMLYDALDVVLYMDPMCLDAFPKLVCFKKRIEAIPQIDKYLKSSKYIAWPLQGWQATFGGGDHPPK
一般选择GST-Tag插入目的片段的N端或C端，大肠杆菌常在N端，做标签一是为了提高蛋白表达的可溶性，二是提高蛋白的表达量。因为标签分子量较大，所以是否切除要根据需求去决定。
特异性：酶与底物的特异性结合
增加外援蛋白的可溶性
不同宿主中表达，不同蛋白酶可去除
很好的提高了蛋白的抗原性和生物活性，提高外源蛋白的稳定性
分子量较大，可能影响下游的应用
蛋白不溶的话很难使用变形的方法纯化
GST纯化原理
GST-Tag亲和层析是利用GST融合蛋白与固定的谷胱甘肽(GSH)通过硫键共价亲和，通过GSH交换洗脱的原理来进行纯化。该纯化柱中，凝胶手臂上通过硫键结合一个谷胱甘肽。然后利用谷胱甘肽与谷胱甘肽巯基转移酶（即GST-tag之间酶和底物的特异性，使得带GST标签的融合蛋白能够与凝胶上的谷胱甘肽结合，从而将带标签的蛋白与其他蛋白分离开。谷胱甘肽通常有氧化型GSSG和还原型GSH，当我们使用GSH洗脱时，GSH会与凝胶上的谷胱甘肽竞争结合融合蛋白，从而将目标蛋白洗脱。
GST标签蛋白是在温和、非变性条件下洗脱，因此保留了蛋白的抗原性和生物活性。GST在变性条件下会失去对谷胱甘肽树脂的结合能力，因此不能在纯化缓冲液中加入强变性剂如：盐酸胍或尿素等。如果蛋白表达在包涵体中，可复性后再纯化。此外要去除GST标签，可用位点特异性蛋白酶切除。
GST纯化流程图
MBP-Tag(麦芽糖结合蛋白)
MBP(麦芽糖结合蛋白maltose binding protein)，残基数346，分子量42.5KDa，由大肠杆菌K12的malE基因编码，构建时放在N端，用来提高可溶性(尤其是真核蛋白)。MBP的折叠需要DnaK-DnaJ-GrpE和GroEL-GeoES两个分子伴侣系统的帮助，这可以使这些分子伴侣聚集到目的蛋白的附近帮助其正确折叠。另外，以标签蛋白形式存在的麦芽糖结合蛋白可以减少目的蛋白的降解，提高表达产物的水溶性，也为以后对目的蛋白的纯化提供了基础。麦芽糖结合蛋白能够被多糖树脂吸附，因此在过柱时，能够使融合蛋白与其它蛋白成份分离。
优缺点和GST很类似，因为标签分子量较大容易对后续产生影响。
MBP结合蛋白能够被多糖树脂吸附，过柱子时候融合蛋白与其他蛋白成分分离，如果要去除MBP部分可以使用特异性蛋白酶切除，检测方法可用MBP抗体或过表达的目的蛋白特异性检测。
NusA-Tag(麦芽糖结合蛋白)
NusA是大肠杆菌自身的一种蛋白，即转录抗终止因子，残基数,495，分子量:54.87KDa，由1999年Davia将NusA从4000种大肠杆菌蛋白库中筛得。NusA不具有独立的纯化标签功能，所以要与其它标签(如His标签)联用。利用原核表达时，NusA标签可以明显的提高蛋白的可溶性，例如含有NusA标签的人白介素-3 融合蛋白(NusA/hIL-3 )在37℃条件下诱导表达几乎全部可溶(97%)，而当其单独表达或融合GST标签表达时都是包涵体形式。另外NusA标签还可以提高不溶性靶蛋白如牛生长激素（bGH)、人干扰素-γ (hIFN-γ)的可溶性。
主要用来联合其他纯化标签增加溶解度
NusA对蛋白下游应用会有影响，如蛋白需进行结构分析
SUMO（小泛素相关修饰物）
SUMO标签蛋白是一种小分子泛素相关修饰蛋白，是存在于真核生物中高度保守的参与蛋白质小泛素化相关修饰的一类大蛋白。与GST、MBP或NusA相比，SUMO不仅可以作为重组蛋白表达的融合标签还具备分子伴侣的功能，能促进蛋白的正确折叠，对热和蛋白酶具有耐受性，更有助于保持目的蛋白的稳定性。此外，SUMO标签有着与其配套的蛋白酶（专一性强），此蛋白酶识别的是SUMO的三级结构，切割的特异性极高，不存在任何氨基酸的残留，因此适用于重组蛋白表达。
蛋白纯化常用标签的大致内容就先复述到这里了，相信读完之后对常用的蛋白标签有了一定了解，蛋白纯化是一个非常复杂的系统，需要长期的积累和学习。
