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研究RNA与蛋白相互作用的实验方法都总结好了,快收藏起来!

RNA 涉及生命的所有领域,在许多基因表达过程、宿主防御机制、细胞增殖和疾病中发挥着关键作用。

目前除了少数RNA以核酶形式单独发挥功能,大部分RNA通过与RNA结合蛋白结合形成RNA-蛋白复合物来发挥作用。

RNA结合蛋白(RNA Binding proteins,RBPs)是一类功能强大而广泛的调节因子,参与RNA合成、可变剪接、修饰、转运、翻译及胞内定位等多个转录后调控过程,调控mRNA稳定性、lncRNA活性、miRNA沉默复合体形成等生物学过程。另一方面,RNA也会调节这些蛋白质的活性、定位或与其他蛋白质相互作用,从而影响RBPs介导的各种细胞事件。

RBPs与RNA相互作用是转录组和蛋白质组调节的关键,对于维持细胞稳态是非常重要的,而干扰两者的相互作用会造成细胞功能失调和相关疾病的发生。

深入了解这些相互作用可以帮助我们识别疾病的潜在机制,并寻找新的治疗靶点。

在药物研发中,许多药物是通过干扰特定的RNA-蛋白质相互作用来实现其治疗效果的。因此,RNA和蛋白质相互作用的研究可用于分析基因表达、疾病标志物的检测和药物筛选等方面,帮助设计更有效的药物。

目前研究RNA-蛋白质相互作用的实验方法有很多种,主要分为两大类:

第一种是以感兴趣的RNA为中心,寻找与该RNA相互结合的蛋白质,如RNA pull-down;【已知RNA】

第二种是以感兴趣的蛋白质为中心,寻找与该蛋白质相互结合的RNA,如RIP、CLIP。【已知蛋白质】

 

下面就详细了解一下

已知蛋白质,测RNA

(1)RIP

RIP 技术(RNA Binding Protein Immunoprecipitation Assay,RNA 结合蛋白免疫沉淀)与ChIP实验很相似,基于免疫沉淀(Immunoprecipitation,IP)的技术,主要侧重于蛋白质与RNA相互作用。其主要目的是富集RNA分子和与之相互作用的蛋白质,以便进一步分析这些相互作用的性质和功能。

概括地讲,RIP是在已知蛋白的情况下,利用目标蛋白的抗体,把相应的RNA-蛋白复合物沉淀下来,然后经过分离纯化获得结合在复合物上的RNA,最后通过定量RT-PCR或高通量测序方法来鉴定结合的RNA(mRNA、非编码RNA或病毒RNA)。

RIP技术应用领域包括转录后调控研究、表观遗传调控。

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RIP-PCR原理示意图

DOI:10.1186/s13059-018-1523-0

RIP技术是出现在很多高分文章中的常见和经典技术,不过,常见和经典不代表容易,要做好这个实验不仅对抗体等试剂、对操作人员的技术和经验也有一定要求。

PsRIP的许多方案在缓冲液组成、制备细胞提取物的方法及提取物与抗体孵育的持续时间上有所不同,这些参数取决于所研究的对象;该抗体的特性;细胞中的蛋白质的定位;RNA分析和选择方法等。因此,RIP实验前要做WB预实验评估。

(2) CLIP

在研究RNA与蛋白相互作用的实验技术中经常也能看到CLIP这个技术的影子,那么什么是CLIP技术呢?

紫外交联免疫沉淀(Cross linking-Immunprecipitation,CLIP),是一项在全基因组水平揭示RNA与RNA结合蛋白相互作用的技术。

其主要原理是基于RNA与其相应的RNA结合蛋白会在紫外照射下会发生共价结合,以RNA结合蛋白的特异性抗体将RNA-蛋白复合物沉淀之后,回收其中的RNA片段,进行RT-PCR检测或高通量(CLIP-seq)测序分析。

CLIP实验能准确获得相互作用的分子位点,是高精度分析RBPs与RNA相互作用的有力工具。

优点:无需考虑强弱亲和力的影响。

缺点:实验操作比RIP的方法麻烦。后续检测若采用测序分析,则目前没有用于 CLIP-seq 数据分析的通用标准,无法对其进行定量。

核心的CLIP实验主要包含了以下几个方面:待检测样品的交联预处理和细胞裂解;RNA片段的纯化回收;cDNA文库构建与测序分析。具体的每一部分详细的内容如下图所示:

 

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 CLIP实验的主要核心步骤

(DOI: 10.1016/j.molcel.2018.01.005)

 

已知RNA,测蛋白质

(1)RNA pull-down

RNA pull-down的主要目的是通过特定的RNA分子(通常是已知的非编码RNA或mRNA的片段)来富集与之相互作用的蛋白质,以便进一步研究这些相互作用的性质和功能。该实验是在已知目的RNA存在下,探究与其结合的蛋白。

RNA pull-down作为研究RNA与蛋白互作的核心技术,是近年来研究IncRNA、circRNA与蛋白质相互作用的主要手段。

RNA pull-down是使用体外转录法标记生物素RNA探针,然后与胞浆蛋白提取液共同孵育,形成RNA-蛋白质复合物。该复合物可与链霉亲和素标记的磁珠结合,从而与孵育液中的其他成分分离。再利用游离生物素竞争洗脱复合物,通过western blot实验检测特定的RNA结合蛋白是否与RNA相互作用,或者结合MS(mass Spectrometry)筛选RNA结合的未知蛋白。

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RNA pull down原理示意图

DOI:10.1186/s13059-018-1523-0

 

 

Ps在大多数高分文章中作者会同时使用RIP实验和RNA pull-down 实验从蛋白角度和RNA角度验证了RNA与蛋白的相互作用。

有人可能认为,既然已经用RNA pull-down进行了验证,就没必要再用RIP。其实不然,虽然RIP和RNA pull-Down都是研究RNA和蛋白互相作用的方法,但是二者的出发点不同,分别从不同的角度去验证,当两个实验都是阳性结果,才能说明二者之间确实存在互相作用,实验更加严谨,更具说服力。


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