凝胶迁移或电泳迁移率检测(EMSA)

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凝胶迁移或电泳迁移率检测(EMSA)是一种基于DNA结合蛋白和靶标DNA结合的原理,研究蛋白和DNA互作关系的实验,可用于定性和定量分析。EMSA实验多数用于验证基因的反式作用因子与顺式作用元件的互作关系,例如转录因子与启动子。

这一技术目前已用于研究RNA结合蛋白和特定的RNA序列的相互作用。本文系统梳理EMSA的实验原理与三种实验方案(验证型、竞争型、超迁移),并附操作视频演示,供实验参考。

本文内容速览:

  1. 一、实验原理——复合物滞后条带的形成
  2. 二、三种EMSA实验方案(验证型 / 竞争型 / 超迁移)
  3. 三、三种方案对比速查表
  4. 四、EMSA凝胶迁移实验操作视频演示
  5. 五、常见问题解答(FAQ)

PART 01一、实验原理

将纯化的蛋白或蛋白提取液与探针混合孵育,如果蛋白和探针结合,会形成蛋白-探针复合物。用凝胶电泳的方法分离混合液的各个组分:

  • 游离探针:迁移速率大,会堆积在泳道下方。
  • 蛋白-探针复合物:因为蛋白质的存在,迁移率降低,滞留在泳道上方。

因此,根据电泳带的位置即可判断探针是否能和蛋白结合。

EMSA实验原理示意图

核心逻辑:EMSA实验根据实验方案设计的不同,分为验证型EMSA、竞争型EMSA、超迁移EMSA三类。三者层层递进,从"是否有结合"到"是否特异结合"再到"是否是预期蛋白结合"。

PART 02二、三种EMSA实验方案

① 验证型 EMSA

用途:用于验证探针是否含有可与蛋白质结合的位点。

原理:探针与纯化蛋白混合孵育,探针与蛋白结合与否,可以直接表明探针和蛋白的互作关系。蛋白提取液中蛋白质混杂,种类不单一,探针可能与多种蛋白结合。因此,探针与蛋白提取液混合孵育,可以验证探针上是否含有蛋白结合位点,但是无法得知是何种蛋白与探针结合。

② 竞争型 EMSA

核心概念:与探针序列相同、不含修饰基团的DNA片段称为冷探针。

原理:在探针与蛋白质混合液中加入大量冷探针,冷探针含有和探针相同的DNA序列,会干扰探针与蛋白的结合。在电泳图的相应位置处,电泳带的信号减弱或消失。

意义:探针和蛋白的结合未必是特异性结合,或者蛋白本身可能含有生物素,二者均能产生假阳性的实验结果。增加一个冷探针的干扰实验,可以排除假阳性结果,增加实验结果的准确性。

③ 超迁移 EMSA

用途:利用与待检测的目的蛋白特异性结合的抗体,进一步验证结合的蛋白是否是预期蛋白。

原理:如果蛋白质溶液不是单一的纯化蛋白,无论是验证型EMSA还是竞争型EMSA,都无法证明和探针结合的蛋白质就是我们所预期的。在实验体系中引入特异性抗体,用抗体特异性地结合蛋白-探针复合物,这就是超迁移EMSA。

现象:蛋白-探针复合物被抗体识别并结合,该三聚复合物在凝胶电泳中迁移速率再次增大,电泳带出现在蛋白-探针复合物的上方。

定位:超迁移EMSA是以竞争型EMSA为基础的实验方案。实验结果可以很好地验证探针是否和蛋白结合、是否是特异性结合、与探针结合的蛋白是否是预期的蛋白质。

速查三、三种方案对比速查表

验证型 / 竞争型 / 超迁移 EMSA 对比
方案 实验体系 回答的问题 局限
验证型 EMSA 探针 + 纯化蛋白/蛋白提取液 探针上是否有蛋白结合位点 无法确定是何种蛋白结合
竞争型 EMSA 探针 + 蛋白 + 大量冷探针 结合是否特异 无法确定结合蛋白的身份
超迁移 EMSA 探针 + 蛋白 + 特异性抗体 结合蛋白是否为预期蛋白 需要特异性抗体,实验成本较高

递进关系:验证型 → 竞争型 → 超迁移,实验的证据强度逐级提升。常规验证转录因子与启动子结合,通常采用"验证型 + 竞争型"组合;当需要明确具体蛋白身份时,再补充超迁移EMSA。

四、EMSA凝胶迁移实验操作视频演示

FAQ五、常见问题解答

Q1:EMSA的实验原理是什么?

将纯化的蛋白或蛋白提取液与探针混合孵育,如果蛋白和探针结合,会形成蛋白-探针复合物。用凝胶电泳的方法分离混合液的各个组分,探针迁移速率大,会堆积在泳道下方;蛋白-探针复合物因为蛋白质的存在,迁移率增大,滞留在泳道上方。因此,根据电泳带的位置判断探针是否能和蛋白结合。

Q2:验证型EMSA、竞争型EMSA和超迁移EMSA有什么区别?

验证型EMSA用于验证探针是否含有可与蛋白质结合的位点;竞争型EMSA通过加入大量冷探针来排除假阳性、验证结合特异性;超迁移EMSA在体系中引入特异性抗体,通过与蛋白-探针复合物结合形成三聚复合物,进一步验证结合的蛋白是否是预期蛋白。

Q3:什么情况下需要用竞争型EMSA?

探针和蛋白的结合未必是特异性结合,或者蛋白本身可能含有生物素,二者均能产生假阳性的实验结果。增加一个冷探针的干扰实验(竞争型EMSA),可以排除假阳性结果,增加实验结果的准确性。

Q4:超迁移EMSA中抗体起什么作用?

超迁移EMSA利用与待检测目的蛋白特异性结合的抗体。如果蛋白质溶液不是单一的纯化蛋白,无论验证型EMSA还是竞争型EMSA,都无法证明和探针结合的蛋白质就是预期的。在实验体系中引入特异性抗体,用抗体特异性地结合蛋白-探针复合物,该三聚复合物在凝胶电泳中迁移速率再次增大,电泳带出现在蛋白-探针复合物的上方。

Q5:EMSA除了研究DNA-蛋白互作,还能用于什么?

EMSA实验多数用于验证基因的反式作用因子与顺式作用元件的互作关系,例如转录因子与启动子。这一技术目前已用于研究RNA结合蛋白和特定的RNA序列的相互作用。

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