真核生物的基因组 DNA 以染色质(Chromatin)的形式存在。因此,研究蛋白质与 DNA 在染色质环境中的相互作用是阐明真核生物基因表达机制的基本途径,而染色质免疫共沉淀(Chromatinimmunoprecipitation,ChIP)技术是目前公认的研究此相互作用的选择,是真核生物基因表达机制研究中不可或缺的技术之一。
它的基本原理是在活细胞状态下,固定蛋白质-DNA(染色质)复合物,并将其切断为一定长度范围内的染色质小片段,然后通过免疫学方法(抗体亲和)沉淀此复合体,特异性地富集目的蛋白结合的 DNA,通过对目的片段的纯化与后期检测,从而获得蛋白质与 DNA 相互作用的信息。
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ChIP实验的基本步骤包括:
1. 交联(Crosslinking):细胞被甲醛等交联剂处理,使得蛋白质和DNA之间的相互作用被固定,形成稳定的蛋白质-DNA复合物。
2. 细胞裂解:裂解细胞,释放染色质,同时保持蛋白质-DNA复合物的完整性。
3. 超声或酶解:通过超声或酶解将染色质切割成较小的片段,以便于后续步骤中的免疫沉淀。
4. 免疫沉淀(Immunoprecipitation):加入针对特定组蛋白修饰或转录因子的抗体,这些抗体会特异性地结合到目标蛋白质上。
5. 捕获复合物:使用蛋白A或蛋白G结合的珠子捕获抗体-蛋白质-DNA复合物。
6. 洗涤:洗涤珠子以去除未特异性结合的蛋白质和DNA片段。
7. 逆转录交联:将捕获的复合物从珠子上洗脱,并进行逆转录交联,使固定的蛋白质-DNA复合物分离。
8. DNA纯化:纯化从免疫沉淀中得到的DNA片段。
9. 分析:通过qPCR、芯片分析(ChIP-chip)或高通量测序(ChIP-seq)等方法分析沉淀的DNA片段,以确定特定蛋白质在基因组上的结合位点。
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免疫沉淀ChIP实验中磁珠还是琼脂糖珠的选择取决于客户实验情况。
琼脂糖珠海绵状的结构 (直径 50-150 μm) 可以结合抗体 (继而结合靶蛋白) ,它能够直接高效、快速结合抗体,而不需借助特殊的专业设备。琼脂糖珠呈多孔结构,这使得它们拥有更大的表面积可与蛋白质相互接触,具有更高的结合载量。
与琼脂糖珠不同,磁珠是固体,抗体的结合限于磁珠的表面。磁珠 (直径 1-4 μm) 明显小于琼脂糖珠 ,尽管磁珠没有多孔中心增加结合能力,但每体积的磁珠数量比琼脂糖珠多,使磁珠拥有足够的抗体结合表面积满足高容量的抗体结合。
简而言之,琼脂糖珠的结合能力较强,而磁珠在得率,可重复性以及自动化方面有明显的优势。
Co-IP(免疫共沉淀)技术主要用于研究蛋白质之间的相互作用,其实验设计如下:
1. 样品准备:Co-IP实验通常有两种,一种是内源性蛋白相互作用验证,一种是非内源性蛋白相互作用验证。内源性相互作用通过质粒共转染的方式将两种蛋白转染至同一细胞内表达;非内源性相互作用则是将含有靶蛋白的组织进行预处理及细胞裂解获得细胞裂解液。
2. 沉淀诱饵蛋白:利用磁珠偶联抗体沉淀诱饵蛋白。在样品中加入磁珠偶联抗体,抗体会与诱饵蛋白结合,利用磁铁将磁珠拉下,同时诱饵蛋白会一起被沉淀出来。
3. SDS-PAGE及WB检测:得到沉淀后,需要验证沉淀中是否存在相互作用蛋白。先利用SDS-PAGE将蛋白复合物分离,随后利用WB检测是否存在靶蛋白。
4. 实验对照设置:为了避免“假阳性”,需要设置正确的对照,包括阴性对照和阳性对照(Input组)。Input组为直接利用抗体对细胞裂解液进行WB检测,验证细胞裂解液中存在蛋白。
5. 结果真实性:确保共沉淀的蛋白是由所加入的抗体沉淀得到的,而并非外源非特异蛋白。使用单克隆抗体有助于避免污染的发生。
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Co-IP的优势:
1. 生理相关性:Co-IP可以在接近生理条件的条件下捕获蛋白质相互作用。
2. 特异性:使用特异性抗体可以提高实验的特异性。
3. 广泛应用:Co-IP技术适用于多种样本类型,包括细胞培养、组织样本等。
Co-IP的局限性:
1. 抗体依赖性:需要高质量的特异性抗体,否则可能得到假阳性或假阴性结果。
2. 非特异性结合:可能存在非特异性结合问题,需要仔细的实验设计和对照来控制。
3. 技术挑战:对于低丰度或弱相互作用的蛋白质,Co-IP可能面临技术挑战。
免疫沉淀技术的应用。
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免疫共沉淀分析(Co-IP)与IP十分类似,基本的技术都是采用目标抗原特异性的固相化抗体;但IP的目标是纯化单一抗原,而Co-IP旨在分离抗原及与抗原结合的蛋白质或配体。
在Co-IP实验中,已知抗原称为诱饵蛋白,与之结合的蛋白则称为靶蛋白。靶蛋白可能是一些复杂的伴侣蛋白、信号分子、结构蛋白、辅助因子等,蛋白间相互作用强度范围可能介于高度瞬时和十分稳定之间。
基本的Co-IP实验方案与IP相同,实际上任何IP系统均可用于Co-IP。但是,还有许多其他因素需要考虑,例如,结合和洗涤条件的优化,优化时,需要考虑到诱饵蛋白-靶蛋白的相互作用强度以及抗体-诱饵蛋白的亲和力。
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世途科生物简介:
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