Оптимизированный протокол для электрофоретической подвижности Сдвиг Пробирной с помощью ИК-флуоресцентным красителем-меченных
Summary
Здесь мы опишем оптимизированный протокол флуоресцентных электрофоретической подвижности (анализах сдвига FEMSA) с использованием очищенного SOX-2 белки вместе с инфракрасным флуоресцентным красителем-меченых зондов ДНК в качестве примера для решения важный биологический вопрос.
Abstract
Электрофоретической подвижности сдвига анализа (EMSA) являются инструментальным средством для характеристики взаимодействия белков и их последовательностей ДНК-мишени. Радиоактивность была преобладающим методом мечения ДНК в EMSAs. Тем не менее, последние достижения в области флуоресцентных красителей и методы сканирования побудили применение флуоресцентного мечения ДНК в качестве альтернативы радиоактивности за преимущества простоты управления, экономии времени, снижения затрат и повышению безопасности. Недавно мы использовали флуоресцентный EMSA (FEMSA) успешно решать важный биологический вопрос. Наш анализ FEMSA обеспечивает механистического представление о влиянии миссенс-мутации, G73E, в высококонсервативной ГМГ фактора транскрипции SOX-2 по типу нейрон диверсификации обонятельной. Мы обнаружили , что мутантные SOX-2 G73E белок изменяет специфической ДНК связывающей активностью, вызывая тем самым обонятельный нейрон тождественное преобразование. Здесь мы представляем оптимизированные и экономически эффективный шаг за шагом протоколадля FEMSA с помощью инфракрасного флуоресцентного красителя-меченых олигонуклеотидов , содержащих LIM-4 / SOX-2 смежных целевых сайтов и очищенные SOX-2 белки (WT и мутантных SOX-2 G73E белки) в качестве биологического примера.
Introduction
EMSAs используются для анализа взаимодействия между ДНК и белками, используя нативный электрофорезом на геле полиакриламида (СТР) , чтобы разрешить смесь интересующего белка и меченой ДНК зонда , содержащего потенциальные целевые участки белка 1. ДНК-зонд связан с белком будет мигрировать медленнее по сравнению со свободным ДНК-зондом, и, следовательно, задерживается в его миграции через матрицу полиакриламида. Радиоактивной ДНК 32 Р является основным методом для обнаружения в EMSAs. Хотя применение радиомечения в биохимических исследованиях было выгодным, методы альтернативной маркировки ДНК с сопоставимой чувствительностью в настоящее время используются в связи с риском для здоровья и безопасности, связанных с обработкой радиоактивностью. Эти альтернативные методы включают конъюгацию ДНК с биотином 2 или дигоксигенином (DIG) 3 (оба из которых затем детектируется системами хемилюминесцентные), SYBR зеленый окрашивание ДСН 4,или прямое обнаружение ДНК-флуоресцентного красителя конъюгатов путем сканирования геля 5,6.
Разрешенные гели EMSAs с использованием радиоактивно меченых зондов ДНК требуют postrun обработки через авторадиографии пленок или систему Phosphorimager для обнаружения радиоактивных сигналов 1,7. Гели EMSAs с использованием биотин – 2 или DIG-конъюгированные зондов 3 ДНК также должны быть обработаны и переданы на подходящую мембрану , а затем детектируется хемилюминесценции 6. SYBR зеленого окрашивания геля требует postrun геля окрашивания и флуоресцентный сканер 4. Поскольку этапы обработки postrun гель необходимы для EMSAs с помощью этих методов мечении ДНК, разрешенное гель можно анализировать только один раз. В отличие от этого, ДНК-зондов, меченных флуорофоров могут быть непосредственно обнаружены в геле внутри стеклянных пластин с помощью сканера. Таким образом, ДНК-белковых взаимодействий можно контролировать и несколько раз в различные моменты времени оценивали во время бега, котораязначительно сокращает затраты времени и средств. ДНК-флуоресцентный краситель конъюгаты , которые были использованы для EMSAs включают Су3 6,8, Су5 6,8, флуоресцеин 9 и инфракрасные флуоресцентные красители 4-6.
Регуляция транскрипции требует белок-ДНК взаимодействия факторов транскрипции и их генов-мишеней. Координация этих взаимодействий порождает различные типы клеток от общего предка во время развития животных. Объективный вперед генетический экран был выявлен миссенс мутации, G73E, в высоко законсервированной HMG ДНК-связывающим доменом Caenorhabditis фактора транскрипции Элеганс SOX-2. Мутация в трансформации идентичности клеток из AWB обонятельных нейронов в текущем AWC обонятельных нейронов на молекулярном, морфологических и функциональных уровнях 5,10. SOX-2 дифференцированно регулирует терминальную дифференцировку AWB и AWC нейронов путем взаимодействия с контекстно-зависимых факторов транскрипции партнер и соответствующийДНК – мишени сайты 5,10. SOX-2 партнеров с LIM-4 (LHX) в терминале AWB дифференцировки нейронов, в то время как SOX-2 партнеров с ЦВЗ-36 (OTX / ОДТ) в терминале AWC дифференцировки нейронов. Люциферазы анализы показывают , что SOX-2 и мутантные SOX-2 G73E белки имеют кооперативные взаимодействия с транскрипционных кофакторов LIM-4 и ЦВЗ-36 , чтобы активировать промотор , выраженный в AWB и AWC нейронов. Тем не менее, SOx-2 и мутант НОСКОВ-2 G73E отображаются свойства дифференциальной активацию промотора. Для изучения молекулярной основы дифференциальной ДНК – связывающим деятельности SOX-2 и SOX-2 G73E, fEMSAs были выполнены с этими белками и их потенциальных сайтов – мишеней.
Во-первых, биоинформатики подход был использован для идентификации биологически активные к ДНК последовательности в пределах области промотора 1 кб, используемого в анализе люциферазы. Поскольку несколько потенциальных SOX-2 сайты связывания присутствовали на протяжении промотора, мы сфокусировалина предсказанных SOX-2 связывающих участков, прилегающих к предполагаемому ЦВЗ-36 или LIM-4 сайты связывания и эволюционно консервативными между различными видами нематод. Эти последовательности были удалены или мутируют, и затем испытывали в естественных условиях для их деятельности , чтобы выразить GFP репортер трансгенов в AWB или AWC нейронов. Благодаря такому подходу, мы определили потенциальные LIM-4 / SOX-2 и Чех-36-2 SOX соседние целевые сайты /, которые конкретно необходимы для экспрессии GFP в AWB и AWC нейронов, соответственно 5. Мы исследовали потенциальные различия в ДНК связывания SOX-2 и SOX-2 G73E использованием FEMSA с выявленными LIM-4 / SOX-2 и ЦВЗ-36 / SOX-2 смежных целевых сайтов. Наш анализ показал , что EMSA SOX-2 G73E не связывает ДНК – зонд , содержащий LIM-4 / SOX-2 смежных целевых сайтов (необходим для экспрессии генов в AWB) столь же эффективно , как WT SOX-2 сделал. Тем не менее, SOX-2 и SOX-2 G73E не было никакой разницы в связывании ДНК – зонд , содержащий ЦВЗ-36 / SOX-2 аdjacent целевой сайт (необходим для экспрессии генов в AWC) 5,10. Наш FEMSA анализ обеспечивают механистической понимание природы G73E мутации SOX-2 в воздействии специфической ДНК – связывающей активности для идентичности клеточного фенотипа трансформации AWB-к-AWC. Здесь мы опишем оптимизированный протокол FEMSA с использованием очищенных 6xHis-SOX-2 или 6xHis-SOX-2 G73E вместе с ИК – флуоресцентных зондов ДНК красителя-меченый , содержащих LIM-4 / SOX-2 смежных целевых сайтов в качестве тематического исследования для решения важный биологический вопрос.
Protocol
Representative Results
Discussion
fEMSAs являются эффективным инструментом для изучения взаимодействия белок-ДНК, и являются альтернативой радиоактивное мечение ДНК. Флуоресцентные красители, такие как инфракрасные красители являются коммерчески доступными, а также обеспечить более безопасный и более экологически чи?…
Disclosures
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).
