Electrophoretic Mobility Turno Assay (EMSA) para o estudo das interações RNA em proteínas: O IRE / IRP Exemplo
Summary
Here we present a protocol to analyze RNA/protein interactions. The electrophoretic mobility shift assay (EMSA) is based on the differential migration of RNA/protein complexes and free RNA during native gel electrophoresis. By using a radiolabeled RNA probe, RNA/protein complexes can be visualized by autoradiography.
Abstract
Interações RNA / proteínas são fundamentais para vias de regulação pós-transcricional. Entre as proteínas de ligação a ARN citosólicos melhor caracterizados são proteínas reguladoras de ferro, e IRP1 IRP2. Eles ligam-se a elementos responsivos de ferro (IRES) dentro das regiões não traduzidas (UTRs) de vários mRNAs alvo, controlando assim a tradução de mRNAs ou estabilidade. Interações IRE / PIA têm sido amplamente estudados pela EMSA. Aqui, nós descrevemos o protocolo de EMSA para analisar a actividade de ligação de IRE-IRP1 e IRP2, que pode ser generalizado para avaliar a actividade de outras proteínas de ligação a ARN, bem. Um lisato de proteína bruto contendo uma proteína de ligação de ARN, ou uma preparação purificada desta proteína, é incubado com um excesso de 32 sonda de ARN marcada com P, para permitir a formação do complexo. A heparina é adicionado para impedir a proteína não específica para sondar ligação. Subsequentemente, a mistura é analisada por electroforese não desnaturante em gel de poliacrilamida. A sonda livremigra rapidamente, enquanto que o ARN / proteína apresenta complexos de mobilidade retardada; daí, o procedimento também é chamado de "retardamento em gel" ou ensaio "bandshift". Depois de completada a electroforese, o gel é seco e complexos de ARN / proteína, bem como sonda livre, são detectados por auto-radiografia. O objetivo geral do protocolo é para detectar e quantificar IRE / IRP e outras interações RNA / proteína. Além disso, a EMSA também pode ser utilizado para determinar a especificidade, a afinidade de ligação, e a estequiometria da interacção de ARN / proteína sob investigação.
Introduction
A EMSA foi originalmente desenvolvido para o estudo da associação de proteínas de ligação de DNA com sequências de ADN alvo 1,2. O princípio é semelhante para as interacções de ARN / proteína 3, o que é o foco deste artigo. Resumidamente, o ARN é negativamente carregado e irá migrar em direcção ao ânodo durante a electroforese não desnaturante em gel de poliacrilamida (ou géis de agarose). A migração dentro do gel depende do tamanho do ARN, que é proporcional à sua carga. De ligação específica de uma proteína de ARN altera a sua mobilidade, e as complexo migra mais lenta em comparação com o ARN livre. Isto é devido principalmente a um aumento na massa molecular, mas também às alterações na carga e, eventualmente, conformação. Utilizando um RNA rotulado como sonda permite fácil monitoramento do "atraso gel" ou "bandshift". Uso de 32 sondas de ARN marcadas com P é muito comum e oferece uma elevada sensibilidade. A migração de RNA / complexos de proteínas e RNA livre são detectadospor autorradiografia. Inconvenientes são o meia-vida curta de 32 P (14,29 dias), a deterioração gradual da qualidade da sonda devido a radiólise, a exigência de uma licença de radioatividade e infra-estrutura para o trabalho de radioatividade, e potenciais preocupações de biossegurança. Portanto, foram desenvolvidos métodos alternativos não isotópicas para etiquetar a sonda de RNA, por exemplo, com fluoróforos ou biotina, que permitem a detecção por imagem fluorescente ou quimioluminescente 4,5. As limitações destes métodos são o custo mais elevado e frequentemente sensibilidade reduzida em comparação com a marcação isotópica, e o potencial de marcadores não isotópicos para interferir com a interacção de ARN / proteína. Géis de poliacrilamida não desnaturantes são adequados para a maioria das aplicações de EMSA e são normalmente utilizados. Na ocasião, géis de agarose pode representar uma alternativa para a análise de grandes complexos.
A principal vantagem de EMSA é que ele combina simplicidade, sensibilidade e robustez 4 </ Sup>. O ensaio pode ser concluída dentro de algumas horas e não requer instrumentação sofisticada. Interacções de ARN / proteína pode ser detectada por EMSA em concentrações tão baixas como 0,1 nM ou menos, e dentro de uma ampla gama de condições de ligação (pH 4,0-9,5, a concentração de sal monovalente 1-300 mM, e a temperatura 0-60 ° C).
ARN / proteína a formação do complexo também pode ser estudada pelo ensaio de ligação ao filtro. Este é um procedimento simples, rápido e barato, baseado na retenção dos complexos de ARN / proteína em um filtro de nitrocelulose, enquanto que uma sonda de RNA livre passa por 6. Em comparação com a EMSA, é limitado nos casos em que a sonda de ARN contém múltiplos locais de ligação, ou o extracto em bruto contém mais do que uma proteína de ligação a ARN que se ligam a sonda no mesmo local. Enquanto múltiplas interacções ARN / proteína vai escapar à detecção por ensaio de ligação ao filtro, que pode ser facilmente visualizado por EMSA. Em alguns casos, a visualização é vésperan possível quando dois complexos de ARN / proteína co-migrar (por exemplo, humano IRP1 / IRE e IRP2 / complexos IRE), por adição de um anticorpo contra uma das proteínas de ligação a ARN para a reacção de EMSA, obtendo-se ainda mais sobre o gel de retardo ( "supershift") 7.
O EMSA tem sido amplamente utilizado para estudar e IRP1 IRP2, que são reguladores pós-transcricional do metabolismo do ferro 8-10. Eles operam através da ligação a IRES, estruturas hairpin filogeneticamente conservados dentro das UTRs de vários mRNAs 11. IRES foram descobertos pela primeira vez nos mRNAs que codificam 12 ferritina e transferrina receptor 1 (TfR1) 13, proteínas de armazenamento de ferro e absorção, respectivamente. Mais tarde, IRES foram encontrados em específico-erythroid aminolevulinato sintase (ALAS2) 14, aconitase mitocondrial 15, ferroportin 16, transportador de metal divalente 1 (DMT1) 17, hipóxia fator induzível 2 <em> α (HIF2α) 18, e outro mRNAs 19-21. O protótipo H- e mRNAs L-ferritina conter um IRE na sua UTR 5 ', enquanto TfR1 ARNm contém múltiplos IRES em sua extremidade 3' UTR. Interações IRE / PIA especificamente inibir a tradução do mRNA ferritina por estericamente bloqueando a sua associação dos 43S da subunidade ribossômica; Além disso, eles estabilizar TfR1 mRNA contra clivagem endonucleolítica. IRP1 e share IRP2 extensa seqüência de similaridade e apresentam alta atividade de ligação IRE em células sedentos de ferro. Em células repletas de ferro, IRP1 monta um aglomerado cubano Fe-S que converte para aconitase citosólico em detrimento da sua actividade de ligação ao IRE, enquanto IRP2 sofre degradação proteossoma. Assim, as interacções IRE / PIA depender do estado celular de ferro, mas também são regulados por outros sinais, tais como H 2 O 2, o óxido nítrico (NO) ou hipoxia. Aqui, descrevemos o protocolo para avaliar a atividade IRE de ligação a partir de extratos de células de tecido cru e por eMSA. Utilizou-se um marcado com 32 P H-ferritina sonda IRE que foi gerado por transcrição in vitro a partir de um molde de ADN de plasmídeo (I-12.CAT), onde a sequência IRE foi originalmente introduzido na orientação com sentido a jusante do local da polimerase de ARN de T7 pela clonagem de oligonucleótidos sintéticos 22 recozidos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Herein, we describe a protocol that has been developed to study the IRE-binding activities of IRP1 and IRP2, and we show representative data. By using different probes, this protocol can also be adjusted for the study of other RNA-binding proteins. A critical step is the size of the probe. Usage of long probes, which is common when the exact binding site is unknown, can result in RNA/protein complexes that do not migrate differently than the free RNA. In this case, it is advisable to remove unbound RNA by treatment with …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by a grant from the Canadian Institutes for Health Research (MOP-86514).
Materials
| Name of the Materials | Company | Catalog Number |
| leupeptin | SIGMA | L2884 |
| PMSF | SIGMA | 78830 |
| BioRad Protein Assay | BIORAD | 500-0006 |
| T7 RNA polymerase | Thermoscientific | EPO111 |
| Rnase Inhibitor | Invitrogen | 15518-012 |
| UTP [alpha-32P] | Perkin-Elmer | NEG507H |
| Scintillation liquid | Beckman Coulter | 141349 |
| heparin | SIGMA | H0777 |
| Rnase T1 | Thermoscientific | EN0541 |
| Name of the Equipments | Company | Catalog Number |
| Tissue Ruptor | Qiagen | 9001271 |
| Scintillation counter | Beckman Coulter | LS6500 |
| Protean II xi Cell | BIORAD | 165-1834 |
| 20 wells combs 1.5mm thick | BIORAD | 165-1868 |
| 1.5 mm spacers | BIORAD | 165-1849 |
| PowerPac | BIORAD | 164-5070 |
References
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