EMSA探針設(shè)計指南：從結(jié)合位點預測到特異性探針設(shè)計

在做完篩選或大片段互作實驗后，若需進一步精確定位蛋白質(zhì)與DNA的具體結(jié)合位點，EMSA實驗往往是理想選擇。但實際操作中，面對探針設(shè)計、結(jié)合位點預測等問題，是否會感到有些無從下手？別擔心，今天我們就手把手拆解 EMSA 實驗中的探針設(shè)計要點，幫你輕松突破這一難關(guān)。

EMSA實驗原理

EMSA，中文全稱為電泳遷移率實驗，也被稱為凝膠阻滯實驗，是研究蛋白質(zhì)與核酸相互作用的一種經(jīng)典體外實驗技術(shù)。其核心原理在于：標記后的核酸探針與對應結(jié)合蛋白特異性結(jié)合后，會形成分子量更大的“蛋白質(zhì)-核酸復合物”；由于該復合物在凝膠中的遷移速度遠慢于游離探針，因此在凝膠上會表現(xiàn)為條帶的“滯后”或“阻滯”現(xiàn)象，若為Biotin標記探針，可通過化學發(fā)光法顯影；若為放射性或熒光標記，則需對應采用放射自顯影或熒光成像檢測，最終通過條帶判斷結(jié)合是否發(fā)生。這一特性使得EMSA成為檢測蛋白質(zhì)與核酸結(jié)合的有效工具。

已知核心結(jié)合位點預測

預測目標蛋白的DNA結(jié)合位點時，可通過文獻資源明確目標蛋白的保守DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域、已知結(jié)合基序等先驗信息，并結(jié)合專業(yè)數(shù)據(jù)庫提升預測準確性。本文推薦使用JASPAR數(shù)據(jù)庫（收錄大量實驗驗證的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合基序，支持家族特異性篩選）進行預測。以植物NAC轉(zhuǎn)錄因子家族家族為例，可先通過文獻確認NAC家族的保守結(jié)合基序（如核心序列CACG），再在JASPAR中篩選NAC家族的代表性motif，進而對特定NAC亞型的DNA結(jié)合位點進行預測。

1.搜索轉(zhuǎn)錄因子家族：在JASPAR網(wǎng)站的搜索欄中輸入目標轉(zhuǎn)錄因子家族名稱“NAC”，點擊搜索。

2.選擇motif：從搜索結(jié)果中挑選出感興趣的motif，點擊“Add to cart”，完成后點擊“View cart”進入分析界面。

3.輸入序列，設(shè)置參數(shù)：在紅框區(qū)域輸入待測序列（常見為基因轉(zhuǎn)錄起始位點TSS上游2000bp的啟動子區(qū)域，可含TSS下游200-500bp），需為標準fasta格式，匹配閾值默認是80%，該值代表預測結(jié)合位點與數(shù)據(jù)庫中已知motif的序列相似性閾值，若需提高預測的嚴格性，可將閾值調(diào)整為85%，設(shè)置完成后點擊“Scan”啟動分析。

4.解讀結(jié)果：

分析結(jié)果中，需重點關(guān)注兩項核心信息：

相對評估值（Relative Score）：代表預測結(jié)合位點與目標 motif（基序）優(yōu)質(zhì)匹配序列的相似性百分比（0-100%），評分越高，序列匹配度越強；

預測的位點（Predicted sequence）：即預測的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合序列，需結(jié)合其標注的鏈方向（strand）處理，若標注為負鏈（strand：-），需對該序列進行 “反向互補”；

將處理后的預測序列（正鏈直接用，負鏈反向互補后用）在原始序列fasta序列中檢索，即可確定結(jié)合位點的具體坐標，完成預測。

小技巧：如果數(shù)據(jù)過多，可通過“Filter“功能縮小范圍：輸入已確認的保守結(jié)合序列即可。

探針設(shè)計

在確定了結(jié)合位點之后，接下來的工作便是進行探針的設(shè)計。以下是幾個核心要點：

探針長度：通常控制在20-40個堿基對之間。序列過短可能導致結(jié)合不穩(wěn)定，過長游離探針遷移變慢、與低分子量蛋白復合物難以有效分離。

核心結(jié)合位點：探針應完整包含核心結(jié)合位點及其兩端各5-15bp的側(cè)翼序列，且核心結(jié)合位點應盡量位于探針中央，以確保結(jié)合的穩(wěn)定性和特異性。

探針類型：根據(jù)實驗需求選擇合適的探針類型。

Biotin標記探針（野生型，Biotin-WT）：在探針的 5’端或 3’端引入Biotin標記，用于后續(xù)實驗的信號檢測。

未標記競爭探針（冷探針，Cold Probe）：與Biotin標記探針序列相同，但不含Biotin標記，實驗中加入過量冷探針，若能競爭性抑制Biotin-WT與目標蛋白的結(jié)合（表現(xiàn)為顯影條帶減弱），可證明結(jié)合的特異性（排除非特異性結(jié)合）。

突變探針（Biotin-Mut）：側(cè)翼序列與野生型探針相同，將核心結(jié)合位點的關(guān)鍵堿基進行突變（如ACGT變?yōu)锳AAA），若Biotin-Mut無法與目標蛋白結(jié)合（顯影條帶消失），可進一步驗證核心結(jié)合位點的必要性。

以上就是本期的全部內(nèi)容啦，希望這篇從JASPAR入手的實戰(zhàn)指南能給您帶來幫助。如果您在實踐過程中遇到任何問題或有自己的心得，歡迎在評論區(qū)與我們分享討論。如果覺得本文有用，也請點個「贊」和「在看」支持一下吧！