적외선 형광 염료로 표지 올리고 뉴클레오티드를 사용하여 전기 영동 이동성 시프트 분석을위한 최적화 된 프로토콜
Summary
우리는 여기서 중요한 생물학적 문제를 해결하기 위해 사례 연구와 같은 적외선 형광 염료 표지 DNA 프로브와 함께 정제 된 SOX-2 단백질을 사용하여 형광 전기 영동 이동성 이동 분석 (fEMSA)의 최적화 된 프로토콜을 설명합니다.
Abstract
전기 영동 이동성 이동 분석 (EMSA)는 단백질과 타겟 DNA 서열 사이의 상호 작용을 특성화하기위한 수단 도구입니다. 방사능은 EMSAs의 DNA 라벨의 주된 방법이었다. 그러나, 형광 염료 및 검사 방법의 최근 발전은, 시간을 절약 비용을 절감하고, 안전성을 향상 취급 용이성의 이점에 대한 방사능의 대안으로 DNA의 형광 태그의 사용을 자극했다. 우리는 최근 성공적으로 중요한 생물학적 문제를 해결하기 위해 형광 EMSA (fEMSA)을 사용했다. 우리 fEMSA 분석은 매우 보존 HMG 전사 인자의 SOX-2 후각 신경 세포 유형의 다양 화에에서는, 과오 돌연변이, G73E의 효과에 기계적인 통찰력을 제공합니다. 우리는 돌연변이 SOX-2 G73E 단백질함으로써 후각 신경 세포 정체성 변환을 일으키는 특정 DNA 결합 활성을 변경 한 것으로 나타났습니다. 여기서는 현재 최적화 단계별 프로토콜 경제적fEMSA 생물학적 예와 LIM-4 / SOX -2- 인접한 타겟 사이트 정제 SOX-2 단백질 (WT 및 돌연변이 SOX G73E-2 단백질)을 함유하는 적외 형광 염료 – 표지 된 올리고 뉴클레오티드를 사용.
Introduction
EMSAs은 목적 단백질과 단백질의 하나의 잠재적 표적 부위를 함유하는 표지 된 DNA 프로브의 혼합물을 해결하기 위해 폴리 아크릴 아미드 젤 전기 영동 네이티브 (PAGE)을 이용하여 DNA와 단백질 사이의 상호 작용을 분석하는데 사용된다. 단백질과 결합 된 DNA 프로브는 느린 무료 DNA 프로브와 비교하고, 폴리 아크릴 아미드 매트릭스를 통해 자사의 이동에 따라서 지각 마이그레이션합니다. (32) P에 의해 DNA의 방사성 표지는 EMSAs의 검출을위한 주된 방법이었다. 생화학 적 연구에서의 방사선의 적용이 유용 하였지만, 유사한 감도 대안 DNA 라벨링 방법 인해 방사선 처리와 연관된 건강 및 안전 위험에 채용되고있다. 이러한 대안적인 방법은 바이오틴이 나 디그 옥시 제닌 (DIG) 3 (둘 다음 화학 발광 시스템에 의해 검출된다)와 DNA의 결합은 PAGE 겔 (4)의 SYBR 그린 염색법 포함또는 겔 5,6-를 스캔하여 DNA 형광 염료 접합체 직접 검출.
방사성 표지 된 DNA 프로브를 사용 EMSAs의 해결 겔 postrun자가 방사선 필름을 통해 처리 또는 방사성 1,7- 신호를 검출하는은 phosphorimager 시스템을 필요로한다. 바이오틴 2 DIG-복합 3 DNA 프로브를 사용하여 EMSAs의 젤도 처리하고 적절한 막에 전사 한 후 화학 발광 (6)에 의해 감지해야합니다. 겔의 SYBR 녹색 염색 postrun 젤 염색 및 형광 스캐너 (4)이 필요합니다. postrun 겔 처리 단계가 이러한 DNA 라벨링 기술을 사용 EMSAs 필요하기 때문에, 겔을 해결 한 번만 분석 될 수있다. 대조적으로, 형광 표지 DNA 프로브에 직접 스캐너에 의해 유리판 내부 겔에서 검출 될 수있다. 따라서, DNA – 단백질 상호 작용을 모니터링 할 수 있고, 실행시에 다른 시점에서 여러 번 분석하는크게 시간과 비용을 줄일 수 있습니다. EMSAs에 사용 된 DNA 형광 염료 접합체를 Cy3 6,8-, 6,8- Cy5에, 형광 9 및 적외 형광 염료 4-6을 포함한다.
전사 조절은 전사 인자와 그 표적 유전자의 단백질 DNA 상호 작용을 필요로한다. 이러한 상호 작용의 조정 동물 개발하는 동안 공통 조상에서 다양한 세포 유형을 생성합니다. 순방향 바이어스되지 유전 화면 Caenorhabditis 엘레 간스 전사 인자 SOX-2의 고도로 보존 된 HMG-DNA 결합 도메인, 과오 돌연변이 G73E 식별. 분자 형태 및 기능 수준 5, 10에 AWC 후각 신경 세포에 AWB 후각 신경 세포의 정체성 변화의 돌연변이 결과. SOX-2 차동 문맥 의존적 파트너 전사 인자와 함께 각각 상호 작용하여 AWB 및 AWC 뉴런의 말단 분화를 조절DNA의 표적 부위 5,10. SOX-2 터미널 AWB 신경 세포 분화에 LIM-4 (LHX) 파트너, SOX-2 터미널 AWC 신경 세포 분화에 CEH-36 (OTX / OTD)와 파트너. 루시 페라 제 기자의 분석은 표시하면서 그 SOX-2 및 돌연변이 SOX-2 G73E 단백질은 AWB 및 AWC 신경 세포에서 발현 프로모터를 활성화하는 전사 보조 인자 LIM-4 및 CEH-36와 협력의 상호 작용을 가지고있다. 그러나, SOX-2 및 돌연변이 SOX-2 G73E는 프로모터의 차동 활성화 속성을 표시. SOX-2 및 SOX-2 G73E의 차동 DNA 바인딩 활동의 분자 기초를 조사하기 위해, fEMSAs이 단백질과 잠재적 인 대상 사이트와 수행 하였다.
먼저, 생물 정보학 방법은 루시퍼 라제 분석에 사용 1킬로바이트 프로모터 영역 내의 서열 결합 생물학적 관련 DNA를 식별 하였다. 여러 잠재적 인 SOX-2 결합 부위가 프로모터에 걸쳐 존재하기 때문에, 우리는 집중추정 CEH-36 또는 LIM-4 결합 부위에 인접 진화 다양한 선충 종 사이 보존 예측 SOX-2 결합 부위에. 이 시퀀스는 삭제 또는 돌연변이, 이후 AWB 또는 AWC 뉴런에 GFP 리포터 유전자를 표현하는 그들의 활동에 대한 생체 내에서 시험 하였다. 이 방법을 통해, 우리는 구체적으로 AWB 및 AWC 뉴런, 각각 5 GFP의 발현에 필요한 LIM-4 / SOX-2 전위와 CEH-36 / SOX-2 인접한 타겟 사이트를 확인했다. 우리는 SOX-2 및 SOX-2 LIM-4 / SOX-2 식별 CEH-36 / SOX-2 인접한 타겟 사이트와 fEMSA를 사용 G73E의 결합 DNA의 잠재적 인 차이를 조사 하였다. 우리 EMSA 분석 SOX -2- G73E가 효율적 WT SOX-2처럼 (AWB의 유전자 발현에 필요한)를 LIM-4 / SOX -2- 인접한 표적 부위를 포함하는 DNA 프로브에 결합하지 않았 음을 보여 주었다. 그러나, SOX-2, SOX-2 G73E가 포함 된 DNA 프로브를 바인딩에 차이가 있었다없는 CEH-36 / SOX-25, 10 (AWC의 유전자 발현에 필요) djacent 대상 사이트. 우리 fEMSA는 AWB – 투 – AWC 세포의 정체성 변환 표현형에 대한 특정 DNA 결합 활성에 영향을 미치는의 SOX-2 G73E 돌연변이의 성격에 기계적인 통찰력을 제공 분석한다. 여기, 우리는 정제 6xHis-SOX-2 또는 6xHis-SOX-2 해결하기 위해 사례 연구로 LIM-4 / SOX-2 인접 대상 사이트를 포함하는 적외선 형광 염료 표지 DNA 프로브와 함께 G73E를 사용 fEMSA의 최적화 된 프로토콜을 설명 중요한 생물학적 질문입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
fEMSAs 단백질-DNA의 상호 작용을 조사 할 수있는 효율적인 수단이고, DNA의 방사성 표지에 대한 대안이다. 적외선 염료, 형광 염료는 시판되고 있으며, 방사성 표지 DNA와 비교하여 친환경 안전하고 방법을 제공한다. 적외 형광 염료 – 표지 된 올리고 뉴클레오티드를 사용 EMSAs는 postrun 겔 공정 단계를 필요로하므로 다른 DNA 라벨링 기술에 비해 시간과 비용을 저장하지 않는다. 시간은 방사성 EMSAs을 사?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by an Alfred P. Sloan Research Fellowship (to C.-F.C.) and an NIH R01 grant (5R01GM098026-05 to C.-F.C.). We thank David Crowe for access to the advanced infrared imaging system.
Materials
| 30% Acrylamide/Bis Solution, 37.5:1 | Bio-Rad | 1610158 | Acrylamide is harmful and toxic. |
| 6x-His Epitope Tag Antibody (HIS.H8) | ThermoFisher | MA1-21315 | |
| Anti Flag M2 antibody | Sigma-Aldrich | F3165-.2MG | |
| Bovine Serum Albumin molecular-biology-grade | New England Biolabs | B9000S | |
| 5'IRDye700-labeled DNA Oligos | Integrated DNA Technologies | Custom DNA oligo | These are referred as 5'Dye-labeled or infrared fluorescent dye-labeled DNA oligos in the manuscript. The company will custom synthesize 5' IRDye labeled DNA oligonucleotides. Requires minimum 100μM scale synthesis and HPLC purification. |
| Klenow Fragment (3'–>5' exo-) | New England Biolabs | M0212S | |
| LightShif Poly (dI-dC) | ThermoFisher | 20148E | |
| Mini-PROTEAN Vertical Electrophoresis Cell | Bio-Rad | 1658000FC | This is referred as a mini protein gel system in the manuscript. Any electrophoretic system can be used as long as they are clear glass plates of less than 25cm x 25cm in size. |
| Odyssey CLx Infrared Imaging System | LI-COR Biotechnology | Odyssey CLx Infrared Imagng System | This is referred as an advanced infrared imaging system in the mansucript. |
| Odyssey Fc Imaging System | LI-COR Biotechnology | Odyssey Fc Dual-Mode Imaging System | This is referred as a near-infrared fluorescent imaging system primarily for Western blots in the mansucript. |
| Image Studio software (version 4.0) | LI-COR Biotechnology | Image Studio software | This is referred as a particular imaging software in the mansucript. |
| Orange G | Sigma-Aldrich | O3756-25G | |
| 6x Orange loading dye | 0.25% Orange G; 30% Glycerol | ||
| 0.5x TBE | 45 mM Tris-Borate; 1 mM EDTA | ||
| 1x TE | 10 mM Tris-HCl; 1 mM EDTA, pH8.0 | ||
| 1x STE | 100 mM NaCl; 10 mM Tris-HCl, pH8.0; 1 mM EDTA | ||
| 5x Binding Buffer | 50 mM Tris-HCl, pH7.5; 50 mM NaCl; 200 mM KCl; 5 mM MgCl2; 5 mM EDTA, pH8.0; 5 mM DTT; 250 ug/ml BSA |
References
- Hellman, L. M., Fried, M. G. Electrophoretic mobility shift assay (EMSA) for detecting protein-nucleic acid interactions. Nat Protoc. 2, 1849-1861 (2007).
- Ludwig, L. B., Hughes, B. J., Schwartz, S. A. Biotinylated probes in the electrophoretic mobility shift assay to examine specific dsDNA, ssDNA or RNA-protein interactions. Nucleic Acids Res. 23, 3792-3793 (1995).
- Engler-Blum, G., Meier, M., Frank, J., Muller, G. A. Reduction of background problems in nonradioactive northern and Southern blot analyses enables higher sensitivity than 32P-based hybridizations. Anal Biochem. 210, 235-244 (1993).
- Jing, D., Agnew, J., Patton, W. F., Hendrickson, J., Beechem, J. M. A sensitive two-color electrophoretic mobility shift assay for detecting both nucleic acids and protein in gels. Proteomics. 3, 1172-1180 (2003).
- Alqadah, A., et al. Postmitotic diversification of olfactory neuron types is mediated by differential activities of the HMG-box transcription factor SOX-2. EMBO J. 34, 2574-2589 (2015).
- Jullien, N., Herman, J. P. LUEGO: a cost and time saving gel shift procedure. Biotechniques. 51, 267-269 (2011).
- Poulin-Laprade, D., Burrus, V. Electrophoretic Mobility Shift Assay Using Radiolabeled DNA Probes. Methods Mol Biol. 1334, 1-15 (2015).
- Ruscher, K., et al. A fluorescence based non-radioactive electrophoretic mobility shift assay. J Biotechnol. 78, 163-170 (2000).
- Pagano, J. M., Clingman, C. C., Ryder, S. P. Quantitative approaches to monitor protein-nucleic acid interactions using fluorescent probes. RNA. 17, 14-20 (2011).
- Alqadah, A., Hsieh, Y. W., Chuang, C. F. Sox2 goes beyond stem cell biology. Cell cycle. , (2016).
- Larouche, K., Bergeron, M. J., Leclerc, S., Guerin, S. L. Optimization of competitor poly(dI-dC).poly(dI-dC) levels is advised in DNA-protein interaction studies involving enriched nuclear proteins. Biotechniques. 20, 439-444 (1996).
- Sorenson, A. E., Schaeffer, P. M. In-gel detection of biotin-protein conjugates with a green fluorescent streptavidin probe. Anal. Methods. 7, 2087-2092 (2015).
- Onizuka, T., Endo, S., Hirano, M., Kanai, S., Akiyama, H. Design of a fluorescent electrophoretic mobility shift assay improved for the quantitative and multiple analysis of protein-DNA complexes. Biosci Biotechnol Biochem. 66, 2732-2734 (2002).
- Steiner, S., Pfannschmidt, T. Fluorescence-based electrophoretic mobility shift assay in the analysis of DNA-binding proteins. Methods Mol Biol. 479, 273-289 (2009).
