Введение
Поиск ДНК - это метод исследования специфичности последовательности белков, связывающих ДНК in vitro. Этот метод может быть использован для изучения взаимодействий белковой ДНК как вне, так и внутри клеток. Регулирование транскрипции было тщательно изучено, но все же остается много неизвестного. Факторы транскрипции и связанные с ними белки, которые связывают промоторы, усилители или заглушители для стимулирования или подавления транскрипции, имеют фундаментальное значение для понимания уникальной регуляции отдельных генов в геноме. Такие методы, как ДНК-отпечаток, помогают выяснить, какие белки связываются с этими связанными областями ДНК и раскрывают сложности контроля транскрипции.
История
В 1978 году Дэвид Галлас и Альберт Шмиц разработали метод отпечатка ДНК для изучения специфичности связывания белка лака-репрессора. Это была первоначальная модификация техники химического секвенирования Максама Гилберта.
Метод
Простейшее применение этой техники - оценить, связывается ли данный белок с интересующей областью в молекуле ДНК. Полимеразная цепная реакция (ПЦР) усиливает и маркирует область, представляющую интерес, которая содержит потенциальный сайт связывания белка, в идеале ампликон имеет длину от 50 до 200 пар оснований. Добавьте протеин, представляющий интерес, к части маркированной ДНК-шаблона; часть должна оставаться отдельной без белка для последующего сравнения. Добавьте расщепляющее вещество к обеим частям ДНК-шаблона. Разделитель - это химическое вещество или фермент, который будет резать в случайных местах в последовательности независимой манере. Реакция должна происходить достаточно долго, чтобы разрезать каждую молекулу ДНК только в одном месте. Белок, который специально связывает область в шаблоне ДНК, защитит ДНК, к которой он связан, от агента расщепления. Проведите оба образца бок о бок на полиакриламидном геле электрофорезе. Часть шаблона ДНК без белка будет разрезана в случайных местах, и, таким образом, когда она будет запущена на геле, будет производить лестничное распределение. Шаблон ДНК с белком приведет к лестничному распределению с перерывом в нем, "отпечаток", где ДНК была защищена от расщепляющего агента. Примечание: химическое секвенирование ДНК Максама Гилберта может проводиться вместе с образцами на полиакриламидном геле, чтобы можно было предсказать точное местоположение места связывания лиганда.
Маркировка
Шаблон ДНК, помеченный на 3'- или 5'-конце, в зависимости от расположения связующего участка. Этикетки, которые могут быть использованы, это: радиоактивность и флуоресценция. Радиоактивность традиционно используется для маркировки фрагментов ДНК для анализа следов, поскольку метод был первоначально разработан из техники химического секвенирования Максама Гилберта. Радиоактивная маркировка очень чувствительна и оптимальна для визуализации небольших количеств ДНК. Флуоресценция является желательным достижением из-за опасностей использования радиохимических веществ. Однако его было сложнее оптимизировать, потому что он не всегда достаточно чувствителен для обнаружения низких концентраций целевых нитей ДНК, используемых в экспериментах по отпечаткам ДНК. Электрофоретические гели секвенирования или капиллярный электрофорез были успешными в анализе следов флуоресцентных маркированных фрагментов. Гидроксильные радикалы создаются в результате реакции Фентона, которая включает в себя сокращение Fe2+ с H2O2 для образования свободных молекул гидроксила. Эти молекулы гидроксила реагируют с основой ДНК, в результате чего происходит разрыв. Из-за их небольшого размера, полученный ДНК-отпечаток имеет высокое разрешение. В отличие от DNase I они не имеют зависимости от последовательности и приводят к гораздо более равномерно распределенной лестнице. Негативным аспектом использования гидроксильных радикалов является то, что они требуют больше времени для использования из-за более медленной реакции и времени пищеварения. Ультрафиолетовое облучение может использоваться для возбуждения нуклеиновых кислот и создания фотореакций, что приводит к повреждению оснований в нити ДНК. Фотореакции могут включать в себя: разрывы одной нити, взаимодействия между или внутри нитей ДНК, реакции с растворителями или перекрестные связи с белками. Рабочий процесс для этого метода имеет дополнительный шаг, как только ваша защищенная и незащищенная ДНК была обработана, последует последующее разделение продуктов. Расширение прекращается при достижении поврежденного основания, и, следовательно, когда продукты ПЦР проводятся бок о бок на геле; защищенный образец покажет дополнительную полосу, где ДНК была скрещена с связанным белком. Преимущества использования УФ-лучей заключаются в том, что они очень быстро реагируют и поэтому могут улавливать взаимодействия, которые являются лишь мгновенными. Кроме того, он может применяться в экспериментах in vivo, потому что УФ может проникать через клеточные мембраны. Недостатком является то, что гель может быть трудно интерпретировать, так как связанный белок не защищает ДНК, он просто изменяет фотореакции в окрестностях.
Показатель следа in vivo
In vivo footprinting - это метод, используемый для анализа взаимодействий белковой ДНК, которые происходят в клетке в определенный момент времени. DNase I может использоваться в качестве расщепляющего агента, если клеточная мембрана была проницаема. Однако наиболее распространенным расщепляющим средством является ультрафиолетовое облучение, поскольку оно проникает в клеточную мембрану, не нарушая состояния клетки, и таким образом может улавливать взаимодействия, чувствительные к клеточным изменениям. После того, как ДНК была расщеплена или повреждена УФ-излучением, клетки могут быть лизированы и очищены ДНК для анализа интересующей области. Лигационная ПЦР является альтернативным методом для следа in vivo. После того, как на геномной ДНК было применено средство расщепления, в результате чего произошли разрывы одной нити, и ДНК изолирована, на точки разрыва добавляется линкер. Область интереса усиливается между линкером и специфическим для гена праймером, и при запуске на полиакриламидном геле будет иметь след, где был связан белок. Показатели in vivo в сочетании с иммунопреципитацией могут быть использованы для оценки специфичности белка во многих местах в геноме. ДНК, связанная с интересующим белком, может быть иммунопреципирована антителом к этому белку, а затем связь с конкретной областью может быть оценена с использованием метода отпечатка ДНК.
Количественный отпечаток
Метод отпечатка ДНК может быть модифицирован для оценки силы связывания белка с определенной областью ДНК. Используя различные концентрации белка для эксперимента по следам, можно наблюдать появление следа по мере увеличения концентрации, а затем можно оценить сродство связывания белков.
Геномовые анализы
Секвенирование нового поколения позволило использовать широкий подход к идентификации следов ДНК. Открытые хроматиновые анализы, такие как DNase Seq и FAIRE Seq, доказали, что они обеспечивают надежный регуляторный ландшафт для многих типов клеток. Однако для этих анализов требуются некоторые биоинформатические анализы, чтобы обеспечить широкий геномический отпечаток ДНК. Предлагаемые вычислительные инструменты можно разделить на два класса: сегментационные и сайт-центрические подходы. Методы, основанные на сегментации, основаны на применении моделей скрытого Маркова или методов скользящего окна для сегментации генома в открытую / закрытую область хроматина. Примерами таких методов являются: HINT, метод Бойля и метод Neph. С другой стороны, методы, ориентированные на местоположение, находят следы, учитывая открытый профиль хроматина вокруг предсказанных мотивов связывающих мест, т. е. регуляторных областей, предсказанных с использованием информации о последовательности белков ДНК (кодируемых в структурах, таких как матрица позиционного веса). Примерами таких методов являются CENTIPEDE и Cuellar Partida.