赤外蛍光色素で標識されたオリゴヌクレオチドを使用したゲルシフトアッセイのために最適化されたプロトコル
Summary
ここで重要な生物学的質問に取り組むためのケーススタディとして、赤外蛍光色素標識DNAプローブと一緒に精製されたSOX-2タンパク質を用いた蛍光電気泳動移動度シフトアッセイ（FEMSA）の最適化されたプロトコルを記述します。
Abstract
電気泳動移動度シフトアッセイ（EMSA）は、タンパク質とその標的DNA配列間の相互作用を特徴付けるための器械ツールです。放射能はEMSAsにおけるDNA標識の主な方法でした。しかしながら、蛍光色素及びスキャン方法における最近の進歩は、時間を節約し、コストを低減し、安全性を向上させる、容易な取り扱いの利点のための放射能の代替として、DNAの蛍光タグの使用を促してきました。我々は最近、正常に重要な生物学的質問に対処するために、蛍光EMSA（FEMSA）を使用しています。私たちのFEMSA分析は、嗅覚ニューロンの種類の多様化に高度に保存されたHMG転写因子SOX-2に、G73E、ミスセンス変異の効果に機械的な洞察を提供します。我々は、変異SOX-2 G73Eタンパク質は、それによって嗅覚ニューロンの恒等変換を引き起こし、特定のDNA結合活性を変化させることがわかりました。ここでは、最適化され、費用対効果のステップバイステップのプロトコルを提示しますFEMSAのための生物学的な例として、LIM-4 / SOX-2に隣接する標的部位および精製SOX-2タンパク質（WTおよび変異体SOX-2 G73Eタンパク質 ）を含む赤外蛍光色素で標識されたオリゴヌクレオチドを使用。
Introduction
EMSAsは、目的のタンパク質とタンパク質1の潜在的な標的部位を含む標識DNAプローブの混合物を解決するために、ネイティブポリアクリルアミドゲル電気泳動（PAGE）を使用して、DNAとタンパク質間の相互作用を分析するために使用されます。タンパク質と結合したDNAプローブは、遊離DNAプローブに比べて遅く移動し、ポリアクリルアミドマトリックスを通るその移動にしたがって、遅角されます。 32 PによるDNAの放射性標識はEMSAsでの検出のための主要な方法でした。生化学研究における放射性標識の適用が有益であったが、同程度の感度で代替DNA標識の方法が原因で、放射能の取り扱いに関連した健康と安全リスクに採用されています。これらの代替方法は、ビオチン2またはジゴキシゲニン（DIG）、3（どちらも、その後の化学発光システムにより検出される）とDNAの結合、PAGEゲル4のSYBRグリーン染色を含みますまたはゲル5,6をスキャンすることによって、DNA蛍光色素コンジュゲートの直接検出。
放射性標識されたDNAプローブを使用してEMSAsの解決されたゲルは、放射性信号1,7を検出するために、オートラジオグラフィーのフィルムまたはホスホイメージャシステムを通じてポストラン処理を必要とします。ビオチン2またはDIG-共役3 DNAプローブを使用してEMSAsのゲルはまた、処理され、適当な膜に転写した後、化学発光6によって検出されなければなりません。ゲルのSYBRグリーン染色は、ポストランゲル染色および蛍光スキャナ4が必要です。ポストランゲル処理ステップは、これらのDNA標識技術を使用してEMSAsために必要とされるので、解像ゲルは一度だけ測定することができます。対照的に、フルオロフォアで標識されたDNAプローブを直接スキャナによるガラス板内部のゲル中で検出することができます。従って、DNA-タンパク質相互作用をモニターすることができると、実行中の異なる時点で複数回アッセイしますかなりの時間とコストを削減します。 EMSAsために使用されているDNA蛍光色素コンジュゲートのCy3 6,8、Cy5の6,8、フルオレセイン9、及び赤外蛍光色素4-6を含みます。
転写調節は、転写因子とその標的遺伝子のタンパク質-DNA相互作用を必要とします。これらの相互作用の調整は、動物の開発中に、共通の祖先から、多様な細胞型を生成します。公平なフォワード遺伝学的スクリーニングは、 シノラブディスエレガンス転写因子SOX-2の高度に保存されたHMG DNA結合ドメインにおいて、ミスセンス変異、G73Eを同定しました。 、分子形態学的および機能レベル5,10でAWC嗅覚ニューロンへのAWB嗅覚ニューロンの細胞恒等変換における突然変異の結果。 SOX-2示差コンテキスト依存パートナー転写因子と相互作用することによって、AWBとAWCニューロンの分化を調節し、各DNA標的部位5,10。 SOX-2端子AWB神経分化におけるLIM-4（LHX）と提携し、SOX-2端子AWCニューロンの分化におけるCEH-36（OTX / OTD）とのパートナーが。ルシフェラーゼレポーターアッセイは示しているが、そのSOX-2及び変異SOX-2 G73Eタンパク質はAWBとAWCニューロンに発現し、プロモーターを活性化する転写補助因子LIM-4とCEH-36との協力の相互作用を持っています。しかし、SOX-2及び変異SOX-2 G73Eは、プロモーターの差動活性化特性を示しました。 SOX-2、SOX-2 G73Eの差動DNA結合活性の分子的基礎を調査するために、fEMSAsは、これらのタンパク質およびそれらの潜在的な標的部位を用いて行きました。
まず、バイオインフォマティクスアプローチは、ルシフェラーゼアッセイに使用1kbのプロモーター領域内の生物学的に関連したDNA結合配列を同定するために採取しました。複数の潜在的SOX-2結合部位がプロモーター全体に存在していたので、私たちは集中しました推定上CEH-36またはLIM-4結合部位に隣接し、進化的に多様な線虫種間で保存予測SOX-2結合部位に。これらの配列は、欠失または変異し、及びその後AWBまたはAWCニューロンにおけるGFPレポーター導入遺伝子を発現するそれらの活性についてインビボで試験しました。このアプローチを通じて、我々は、具体的にはAWBとAWCニューロン、それぞれ5におけるGFPの発現に必要とされるLIM-4 / SOX-2電位とCEH-36 / SOX-2に隣接する標的部位を同定しました。私たちは、SOX-2およびSOX-2 LIM-4 / SOX-2同定し、CEH-36 / SOX-2に隣接する標的部位でFEMSAを使用してG73EのDNA結合の潜在的な違いを調べました。私たちのEMSA分析は、SOX-2 G73Eは同様の効率WT SOX-2がしたように（AWBにおける遺伝子発現のために必要）LIM-4 / SOX-2に隣接する標的部位を含むDNAプローブを結合しなかったことを示しました。しかし、SOX-2およびSOX-2 G73Eは含むDNAプローブの結合には差がありませんでしたCEH-36 / SOX-25,10（AWCにおける遺伝子発現のために必要）djacent標的部位。私たちのFEMSAは、AWBツーAWC細胞恒等変換の表現型に特異的なDNA結合活性に影響を与えることにSOX-2 G73E突然変異の性質に機械的な洞察を提供する分析します。ここで、私たちは一緒に取り組むためのケーススタディとしてLIM-4 / SOX-2に隣接する標的部位を含む赤外蛍光色素標識DNAプローブを用いて精製した6xHis-SOX-2またはの6xHis-SOX-2 G73Eを使用してFEMSAの最適化されたプロトコルを記述する重要な生物学的質問。
Protocol
Representative Results
Discussion
fEMSAs、タンパク質-DNA相互作用を研究するための効率的なツールであり、DNAの放射性標識に対する代替です。赤外線染料などの蛍光染料は、市販されており、放射性DNA標識と比較して、より安全で環境に優しい方法を提供します。赤外蛍光色素で標識されたオリゴヌクレオチドを用いてEMSAsは、ポストランゲル処理工程を必要とするため、他のDNA標識技術に比べて、時間とコストを節約しない…
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
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