Кіріспе

ДНҚ-ның ізін алу - бұл ДНК-ға байлаушы ақуыздардың тізбектік ерекшелігін in vitro зерттеу әдісі. Бұл әдісті жасушалардың сыртындағы және ішіндегі ақуыздық ДНК өзара әрекеттесуін зерттеу үшін қолдануға болады. Транскрипцияның реттелуі кеңінен зерттелді, бірақ әлі де көп нәрсе белгісіз. Транскрипция факторлары мен оны көтергіштерді, күшейткіштерді немесе тиымсыздандырғыштарды транскрипцияны басқаруға немесе басуға байланыстыратын байланысты ақуыздар геном ішіндегі жеке гендердің ерекше реттелуін түсіну үшін маңызды. ДНҚ-ның ізін алу сияқты әдістер қандай белоктардың ДНҚ-ның осы байланысты аймақтарына байласатынын анықтауға және транскрипциялық бақылаудың күрделілігін шешуге көмектеседі.

Тарих

1978 жылы Дэвид Г. Галас пен Альберт Шмиц лактация репрессор ақуызын байлау ерекшелігін зерттеу үшін ДНК-ның ізін алу әдісін әзірледі. Бұл Maxam Gilbert химиялық секвенирлеу әдісінің модификациясы болды.

Әдіс

Бұл әдісті қолданудың ең қарапайым түрі - белгілі бір белоктың ДНК молекуласындағы қызығушылықты аймаққа байласып тұрмауын бағалау. Полимеразалық тізбекті реакция (ПЦР) потенциалды белокпен байланысу орнын қамтитын қызығушылықты аймақты күшейтеді және белгілейді, әдетте ампликонның ұзындығы 50 және 200 негіз жұптары арасында болады. Белгіленген үлгідегі ДНК-ның бір бөлігіне қызығушылық тудыратын ақуыз қосылады; бір бөлігі кейін салыстыру үшін ақуызсыз бөлек қалдырылуы керек. ДНҚ-ның екі бөлігін де бөлгіш затты қосу. Клеавиациялық агент - химиялық немесе фермент, ол кездейсоқ орындарда реттілік тәуелсіз түрде кесіледі. Реакция әр ДНК молекуласын бір ғана жерде кесу үшін жеткілікті уақытқа созылуы керек. ДНК-ның бір аймағын арнайы байлайтын белок, ол байланған ДНК-ны бөліну агенттерінен қорғайды. Екі үлгіді де полиакриламид геліне электрофорез арқылы қатар өткізеді. ДНК-ның белоксыз үлгісі кездейсоқ орындардан кесіледі, сондықтан гельмен жұмыс істегенде саты тәрізді таралу пайда болады. Белсенді ДНК үлгісі "жазылу" агентімен қорғалған "жазылу" деген сөзбен қатар таралу сатысына әкеледі. Ескерту: Максам Гилберт химиялық ДНҚ-ның реттілігін полиакриламид геліне алынған үлгілермен қатар жүргізу арқылы лигандты байлау орнының нақты орналасуын болжауға болады.

Таңбалау

Пайдаланылуы мүмкін белгілер: радиоактивтілік және флуоресценция. Радиоактивтілік дәстүрлі түрде ДНК фрагменттерін тегістеу үшін пайдаланылады, өйткені бұл әдіс бастапқыда Максам Гилберт химиялық секвенирлеу техникасынан әзірленген. Радиоактивті таңбалау өте сезімтал және ДНК-ның шағын мөлшерін визуализациялау үшін оңтайлы. Флуоресценция радиохимиялық заттарды пайдаланудың қауіптілігіне байланысты қолайлы. Алайда, оны оңтайландыру қиынға соқты, өйткені ол әрқашан ДНК ізін алу эксперименттерінде қолданылатын мақсатты ДНК желілерінің төмен концентрациясын анықтау үшін жеткілікті сезімтал емес. Электрофоретикалық секвенирлеу гельдері немесе капиллярлық электрофорез флуоресцентті таңбаланған фрагменттердің ізін талдауда сәтті болды. Гидроксилдік радикалдар Фентон реакциясынан пайда болады, ол Fe2+ мен H2O2 азаюын қамтиды, бұл еркін гидроксил молекулаларын құрайды. Бұл гидроксил молекулалары ДНК-ның тірек сүйегімен әрекеттесіп, бұзылады. Олардың кішкентай мөлшері нәтижесінде алынған ДНК-ның іздері жоғары ажыратылымдыққа ие. DNase I-ден айырмашылығы, олардың тізбектілік тәуелділігі жоқ және олар әлдеқайда тегіс таралған сатыға әкеледі. Гидроксил радикалдарын пайдаланудың теріс жағы - реакция мен қорыту уақытының баяулауы салдарынан оларды пайдалану уақытты көп қажет етеді. Ультрафиолет сәулеленуі нуклеин қышқылдарын қоздырып, фотореакцияларды тудырады, нәтижесінде ДНК желісінде зақымдалған негіздер пайда болады. Фотореакцияларға мыналар жатады: бір жіптің үзілуі, ДНК жіптері арасындағы немесе олардың ішіндегі өзара әрекеттесулер, еріткіштермен реакциялар немесе белоктармен қиылысқан байланыстар. Бұл әдістің жұмыс ағынында қосымша қадам бар, сіздің қорғалған және қорғалмаған ДНК-ыңыз өңделгеннен кейін, кейіннен бөлінген өнімдердің бастапқы кеңейтілуі болады. Ұзарту зақымдалған негізге жеткенде және осылайша ПТР өнімдері гельде қатар жүргізілгенде аяқталады; қорғалған үлгіде ДНК-ның белдікпен қиылысқан қосымша жолағы болады. Ультрафиолет сәулелерін қолданудың артықшылығы - ол өте тез әсер етеді, сондықтан тек бір сәтке ғана болатын өзара әрекеттесулерді түсіре алады. Сонымен қатар, оны in vivo эксперименттерінде қолдануға болады, өйткені УФ жасушалық мембраналарға енуі мүмкін. Бір кемшілігі - гельді түсіндіру қиын болуы мүмкін, өйткені белдік ДНК-ны қорғамайды, ол тек жақын маңдағы фотореакцияларды өзгертеді.

In vivo ізін анықтау

In vivo footprinting - белгілі бір уақыт аралығында жасушада пайда болатын ақуыздық ДНК өзара әрекеттесуін талдау үшін қолданылатын әдіс. Егер жасушалық мембрананы өткізгіштікке келтірсе, DNase I-ді бөліну құралы ретінде пайдалануға болады. Алайда, ең көп қолданылатын бөліну агенті - УФ-сәулелену, өйткені ол жасуша мембранасына жасуша күйін бұзбай еніп, жасушалық өзгерістерге сезімтал өзара әрекеттесулерді түсіре алады. ДНК-ны үзіп немесе ультрафиолет сәулесімен зақымдағаннан кейін жасушаларды лизбен тазартып, қызығушылық тудыратын аймақты талдау үшін ДНК-ны тазартуға болады. Лигациялық медиацияланған ПТР - бұл in vivo ізге балама әдіс. Геномдық ДНҚ-да бөліну агенті қолданылғаннан кейін, оның нәтижесінде бір жіптің үзілуі пайда болады және ДНҚ оқшауланады, үзілу нүктелеріне байланыстырушы қосылады. Байланысты және гендік арнайы праймердің арасында қызығушылық аймағы күшейтіледі және полиакриламид гелімен жұмыс істегенде, белок байланған жерде із болады. Иммунопреципитациямен біріктірілген in vivo ізін алу геномның көптеген жерлеріндегі белок ерекшелігін бағалау үшін пайдаланылуы мүмкін. Белсенді белокқа байланған ДНҚ-ны осы белокқа қарсы антиденемен иммунопреципитация жасауға болады, содан кейін белгілі бір аймаққа байлануды ДНҚ-ның ізін алу әдісін қолдану арқылы бағалауға болады.

Санаттық із

ДНК-ның ізін алу әдісі ақуыздың ДНК-ның белгілі бір аймағына байланысу күшін бағалау үшін өзгертілуі мүмкін. Белсенің әртүрлі концентрациясын пайдалану арқылы тегіс іздер эксперименті кезінде тегіс іздің пайда болуын бақылауға болады, өйткені концентрация жоғарылай түседі, содан кейін белоктарға байланысу аффинитеті бағаланады.

Геномдық талдаулар

Келесі буынның секвенирлеуі ДНК іздерін анықтау үшін геномды кеңінен қолдануға мүмкіндік берді. DNase Seq және FAIRE Seq сияқты ашық хроматиндік сынақтар көптеген жасуша түрлеріне берік реттеуші ландшафтты қамтамасыз ететінін дәлелдеді. Алайда, бұл сынақтар геномға кең ДНК ізін беру үшін біраз биоинформатикалық талдауды қажет етеді. Ұсынылған есептеу құралдарын екі топқа бөлуге болады: сегментацияға негізделген және сайтқа негізделген тәсілдер. Сегменттеуге негізделген әдістер жасырылған Марков модельдерін немесе жылжымалы терезе әдістерін қолдану арқылы геномды ашық / жабық хроматин аймағына сегменттеуге негізделген. Мұндай әдістердің мысалдары: HINT, Бойль әдісі және Неф әдісі. Сайт-орталық әдістер, екінші жағынан, мотивті болжаған байлау орындарының айналасындағы ашық хроматин профилін, яғни ДНК ақуыздар тізбекті ақпаратын (позициялық салмақ матрицасы сияқты құрылымдарда кодталған) пайдалану арқылы болжалған реттеуші аймақтарды табады. Бұл әдістердің мысалдары CENTIPEDE және Cuellar Partida әдісі болып табылады.