His-tag的由来

组氨酸标签也称His-tag，是一种简单、应用广泛的纯化标签，具有六个或更多连续的组氨酸残基，其可插入目的蛋白的C末端或N末端。一是能构成表位利于检测；二是构成的结构特征（结合配体）利于纯化。His标签我们经常会看到，做蛋白亲和纯化的小伙伴们应该就没有没听过His名号的吧。可是它究竟从何而来呢？

一、起源

1975年, J. Porath等人的研究论文中，实验者将金属螯合亲和层析（简称MCAC）技术应用于蛋白分离。研究者首先将金属离子（如Cu2+、Ni2+等）固定到IDA-衍生的凝胶上，形成金属螯合亲和层析介质。利用这种介质，研究者进行了蛋白质的吸附实验，探究不同蛋白质与金属离子的亲和性。实验发现，某些蛋白质可以特异性地结合到固定化的金属离子上，而其他蛋白质则没有这种结合能力。通过改变溶液的pH值或使用竞争性配体，可以有效地从亲和层析介质上洗脱结合的蛋白质。这项技术利用了蛋白质上的某些氨基酸残基（如组氨酸、半胱氨酸、赖氨酸等）与金属离子（如镍、铜、锌等）的亲和作用，通过这些金属离子固定在带有亚氨基二乙酸（iminodiacetic acid, IDA）或其他配体的树脂上，实现对蛋白质的亲和层析。这项研究成果的发表标志着亲和层析技术在蛋白质分离领域的应用迈出了重要的一步。它不仅为后来的研究人员提供了一种新的蛋白纯化实验方法，而且为理解蛋白质结构和功能提供了新的视角。

二、His tag的雏形

1988年，Smith等人提出了在蛋白质N-末端添加特定的金属螯合肽（Chelating Peptide, CP），以增强其与固定金属离子的结合能力，从而提高纯化效率。这种方法被称为CP-IMAC，它通过在目标蛋白质上引入一个CP序列，使得蛋白质能够通过IMAC被特异性地纯化。

实验人员设计了螯合肽His-Trp与促黄体激素释放激素（LHRH）类似物2-10 LHRH的N-末端融合表达,结果融合蛋白可以与Ni2+形成配位复合物并具有高亲和性。此外，实验人员设计了His-Trp-胰岛素原作为重组CP-蛋白质模型，利用该模型研究了其在大肠杆菌中表达，研究其与固定化Ni2+的结合和洗脱情况。

His tag的发展

1989年，瑞典斯德哥尔摩理工学院生物化学与生物技术系Ljungquist C等人也利用基因融合方法，将目标蛋白的基因与编码亲和肽段Ala-His-Gly-His-Arg-Pro的基因片段融合，为了使表达的融合蛋白可以与固定化金属离子（Zn2+）结合而利用亲和色谱法（IMAC）进行纯化，研究者合成了编码亲和肽段的连接体，以上述编码亲和肽段为基本单位，分别做两次，四次串联聚合，这样制备出分别含有2个、4个和8个His氨基酸的亲和肽段，然后将这肽段与编码双结构域蛋白A分子ZZ的基因的3'端和编码β-半乳糖苷酶的基因的5'端融合。研究发现，不含有或两个His的亲和肽段的融合蛋白与固定化Zn2+的结合能力较弱，而含有4个或8个His的亲和肽段的融合蛋白则显示出较强的结合作用。通过pH梯度改变，发现ZZ融合蛋白可以根据亲和肽His的数量多少在不同的pH值下从树脂上洗脱，His数越多，结合力越强，洗脱的pH值越低。

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