核酸-蛋白质互作.doc

核酸－蛋白质互作的生物化学研究方法 张金璧, 潘增祥, 林飞, 马雪山, 刘红林 南京农业大学动物科技学院, 南京210095 摘要: 研究核酸－蛋白质的互作是揭示生命活动机理的基础, 文章简要综述了用于研究核酸－蛋白质互作的各种生物化学方法。从体内、体外两个研究角度, 针对核酸、蛋白以及复合物3个研究水平, 概述了硝化纤维膜过滤实验、足迹法、EMSA、Southwestern杂交等经典分析方法的原理、发展和运用。还着重介绍了最近在表观遗传学领域中广泛运用的nChIP、xChIP等基本染色质免疫沉淀(ChIP)技术及其衍生出的ChIP-on-chip等方法。 关键词: 核酸; 蛋白质; 互作; 足迹; 染色质免疫沉淀 Biochemical methods for the analysis of DNA-protein interactions ZHANG Jin-Bi, PAN Zeng-Xiang, LIN Fei, MA Xue-Shan, LIU Hong-Lin College of animal science and technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China Abstract: Investigation of DNA-protein interactions is fundamental to understand the mechanism underlying a variety of life processes. In this article, various types of biochemical methods in DNA-protein interaction study in vivo and in vitro at the level of DNA, protein, and the complex, respectively were briefly reviewed. Traditional assays including Nitrocellulose filter-binding assay, Footprinting, EMSA, and Southwestern blotting were summarized. In addition, chromatin immunoprecipitation techniques including nChIP, xChIP, and ChIP-on-chip, which were widely used in epigenetics, were particularly introduced. Keywords: nucleic acid; protein; interaction; footprinting; chromatin immunoprecipitation (ChIP) 核酸－蛋白的互作在生命活动中发挥着广泛而重要的作用, 二者的协作是各种生命现象的基础。将细胞或细胞器中的蛋白质、核酸等生物大分子的相互作用联系起来, 是综合研究一个完整的生物学途径的核心内容[1]。近半个世纪以来, 研究者们在核酸－蛋白质复合物的构成和分解过程中进行了大量探索, 发展了一系列研究其互作关系的方法技术, 其中, 生物化学相关方法一直是重点与主流。 生物化学法主要利用酶或其他化学制剂, 通过切割、修饰等作用来分析或分辨存在相互作用的核酸和蛋白复合物, 研究其间潜在或实际的结合能力和结合方式。其中DNaseⅠ、ExoⅢ足迹法以及更加精练的足迹技术, 如羟基自由基足迹分析、保护/干扰实验等, 在鉴别潜在的DNA靶点的基础上可进一步用于研究DNA-蛋白复合物中的DNA构成; 消化纤维膜过滤法、凝胶阻滞分析以及Southwestern印迹等能用作结合位点确定后相关蛋白的分离分析; 随着表观遗传学的兴起, 建立在DNA-蛋白交联基础上的染色质免疫沉淀(Chromatin immunoprecipitation, ChIP)技术迅速发展起来, 成为探索复杂的DNA-蛋白复合物结合情况的重要手段, 被广泛运用于转录复合体和组蛋白修饰的研究。本文就相关方法的原理、应用及发展情况, 从体内、体外两个方面进行综述。 1 体外的生化研究方法 在对于蛋白质－核酸互作的多数研究, 尤其是早期研究中, 目的蛋白和目的核酸被分别提取出来, 在人工条件下进行孵育结合, 进行相关研究。虽然实际上在生物体中, 二者有可能因为空间、电荷等各种关系无法接近而产生作用, 但体外方法有效地体现了核酸和蛋白质能够发生互作的潜力, 为核酸－蛋白质研究所广泛运用。 1.1 硝化纤维膜过滤实验