細胞溶解とタンパク質抽出に関する概要

従来、細胞破壊や細胞内容物の抽出には、一般的に物理的溶解法がとられてきました。しかし、高価で取扱いづらい機器が必要なことも多く、さらに機器の変動性（高適合性のホモジナイザー乳棒よりも、適合度が緩慢な点など）により、反復困難なプロトコルを実行しなければなりませんでした。また、従来の物理的破壊法では、最新型の実験研究によく見られるハイスループットや微量を扱う用途には対処できません。

近年では、界面活性剤ベースの溶解法が一般的になっています。特定の種やタイプの細胞で卓越した結果を得るために、試行錯誤しながら実験的テストを行い、特異的なタイプや濃度の界面活性剤、バッファ、塩分、還元剤などから構成された、様々な界面活性剤ベースの溶解液が開発されました。界面活性剤には、溶解と可溶化の2つの効果があります。

物理的破壊技術、洗浄バッファ溶液および密度勾配法の十分な最適化処理を重ねながら、細胞内構造や化合物クラスの分離手順が開発されました。例えば、適切な界面活性剤を用いて、疎水性膜タンパク質を可溶化させて、親水性タンパク質から分離させることができます。関連ツールと手順を併用することにより、研究用やタンパク質可溶化用として、無傷核、ミトコンドリアおよび細胞小器官などを単離させることができます。

細胞溶解を行うと、入念に制御された細胞環境が乱されるため、内因性プロテアーゼとホスファターゼは未制御状態になります。そのため、抽出タンパク質が劣化します。あるいは、これらの分子活性により人為的に修飾されます。

細胞溶解に際して、こうした影響を防ぎながらタンパク質収量を極力高めるため、溶解試薬にはプロテアーゼ阻害剤とホスファターゼ阻害剤が添加されています。可逆的結合や不可逆的結合により、プロテアーゼとホスファターゼを不活性化または活性ブロックする化合物が、数多く同定されるとともに利用されてきました。

特定タンパク質の精製や機能テストを意図して細胞溶解を行う場合、溶解試薬が目的タンパク質の安定性と機能性に与える影響について、特に考慮しなければなりません。界面活性剤のタイプによっては、特定の酵素機能が不活性化される場合があります。また、抽出タンパク質や精製タンパク質を長期間安定させるには、初回の溶解試薬からこれらのタンパク質を除去したり、特定化合物を添加して安定化させる必要があります。

細胞溶解やタンパク質可溶化の手法タイプによっては、タンパク質が変性する場合があります。この種のタンパク質機能テストでは、タンパク質が復元状態でなければなりません。透析によって変性可溶化試薬が除去されると、タンパク質の大半は自発的に天然の機能構造へリフォールディングします。しかし、それ以外のタンパク質は、この処理によって非機能的形態や不溶性形態にまでフォールディングします。こうしたケースでは、バッファの特殊一連条件をテストして、適切にリフォールディングされたタンパク質の収量を極力高める条件を同定します。