利用dna免疫共沉淀分离和鉴定dna结合蛋白的方法
【专利摘要】本发明涉及一种分离鉴定DNA结合蛋白的方法，具体涉及利用DNA免疫共沉淀技术分离鉴定DNA结合蛋白的方法。所述分离方法包括：提取细胞的核蛋白；将目标DNA分子与核蛋白混合；加入能够与该目标DNA分子结合的分子实体，分离得到与目标DNA分子结合的核蛋白组分；对得到的核蛋白组分进行进一步分离，得到DNA结合蛋白。所述鉴定方法还包括对分离得到的DNA结合蛋白进行鉴定的步骤。本发明的方法具有稳定性和重复性好的特点，显著提高了鉴定未知DNA结合蛋白的实验效率。为深入研究细胞基因转录调控、基因转录的分子行为、分子肿瘤学、细胞生物学、生物化学等学科提供了有益的帮助。
【专利说明】利用DNA免疫共沉淀分离和鉴定DNA结合蛋白的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分离鉴定DNA结合蛋白的方法，具体涉及利用DNA免疫共沉淀技术分离鉴定DNA结合蛋白的方法。
【背景技术】
[0002]生物医学研究已从一个基因一个蛋白的假说演绎到在组学水平分析众多基因或蛋白的功能。由于细胞的各种生命活动现象纷繁复杂，全基因组的序列信息并不能诠释细胞的生物功能，而基因的终极产物蛋白才是细胞构成及功能的最终执行者。在细胞生命的过程中，特异基因的开启和关闭是一个复杂的系统工程，人类基因的转录调控一直以来都是生物学家研究的热点领域。目前，主要利用染色质免疫沉淀技术(ChIP)研究已知蛋白转录因子与DNA相互作用，在基因转录调控中，转录因子及转录调节因子与染色质DNA即启动子区之间存在相互作用，染色质免疫共沉淀技术不仅解决了已知转录因子与启动子DNA直接和间接的相互作用，而且还可以利用实时定量PCR测定转录因子与DNA结合的丰度，筛选出转录因子所结合的特异的启动子序列。
[0003]当前，科学家利用大规模的蛋白质组学技术发展并绘制了广泛的细胞内蛋白质之间相互作用的网络图谱。迄今已发展了多种研究蛋白质相互作用的技术方法，包括酵母双杂交系统、噬菌体展示技术、GSTpy 11-down技术、免疫共沉淀技术和串联亲和纯化联合质谱分析技术，为蛋白质相互作用及蛋白质组学的研究奠定了坚实的基础。但目前尚缺少利用已知DNA序列分离特异结合细胞核蛋白并进一步鉴定DNA结合蛋白的方法。
【发明内容】
[0004]本发明的发明人经过大量实验和反复摸索，提供了一种利用DNA免疫共沉淀技术分离和/或鉴定DNA结合蛋白的方法以及所述方法的用途，具体包括以下几个方面:
[0005]本发明第一方面涉及一种分离DNA结合蛋白的方法，所述方法包括以下步骤:
[0006]I)提取细胞的核蛋白；
[0007]2)将目标DNA分子与核蛋白混合，孵育；
[0008]3)加入能够与该目标DNA分子结合的分子实体，分离得到与目标DNA分子结合的核蛋白组分；
[0009]4)对步骤3)得到的核蛋白组分进行进一步分离，得到DNA结合蛋白；
[0010]优选地，所述目标DNA分子连接有可检测的标记。
[0011]在本发明中，所述细胞为真核细胞；所述真核细胞例如可以为哺乳动物细胞；其中所述哺乳动物例如为人、小鼠、大鼠、狗、猪、羊、猴等。
[0012]在本发明中，所述提取细胞核蛋白的方法为本领域所公知。在本发明的实施方案中，所述提取核蛋白的方法包括，采用匀浆器裂解细胞，分离细胞核组分，将核组分经过蔗糖密度梯度离心，纯化细胞核组分，并进一步用含有蛋白抑制剂的高盐裂解液制备细胞核蛋白，然后降低盐离子浓度，去除核组分的DNA成分。[0013]根据本发明第一方面任一项的方法，其中在步骤I)后还包括去除核蛋白中无关高丰度蛋白的步骤。
[0014]在本发明中，所述无关高丰度蛋白主要包括组蛋白。
[0015]根据本发明第一方面任一项的方法，其中所述去除核蛋白中无关高丰度蛋白的步骤包括:将非特异DNA分子与核蛋白混合，孵育，加入能够与该非特异DNA分子结合的分子实体，去除能够与该非特异DNA分子结合的核蛋白；
[0016]优选地，所述非特异DNA分子能够与无关高丰度蛋白结合。
[0017]根据本发明第一方面任一项的方法，其中所述DNA结合蛋白是指转录因子或者转录活化因子。
[0018]根据本发明第一方面任一项的方法，其中所述能够与该DNA分子结合的分子实体为能够与该标记特异性DNA结合的分子实体；和所述分子实体还偶联有易分离的物质，例如磁珠。
[0019]在本发明中，所述可检测的标记为本领域所公知。在本发明的实施方案中，其中所述可检测的标记为生物素，其中所述能够与该标记的DNA分子结合的分子实体为亲和素，例如链霉亲和素。
[0020]根据本发明第一方面任一项的方法，其中步骤4)中所述分离得到与目标DNA分子结合的核蛋白组分，包括对结合的核蛋白组分进行洗脱的步骤。
[0021 ] 在本发明中，·可以根据不同的标记分子选择洗脱液。
[0022]在本发明的实施方案中，所述洗脱液可以将结合在DNA分子上的蛋白复合体洗下，而分子实体与易分离的物质保持结合。
[0023]根据本发明第一方面任一项的方法，其中步骤4)中所述分离的方法为分离蛋白的方法，例如为电泳，例如为蛋白质电泳，例如为聚丙烯酰胺凝胶电泳。
[0024]在本发明的实施方案中，所述聚丙烯酰胺凝胶电泳可以为SDS-PAGE，脉冲场凝胶电泳(PFGE )，双向电泳等。
[0025]在本发明的实施方案中，所述聚丙烯酰胺凝胶电泳为十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)。
[0026]本发明第二方面涉及一种鉴定DNA结合蛋白的方法，所述方法包括本发明第一方面任一项的方法，以及对分离得到的DNA结合蛋白进行鉴定的步骤；
[0027]任选地，在鉴定后还包括对鉴定得到的蛋白进行比对和分析的步骤。
[0028]在本发明的实施方案中，其中所述鉴定的方法为质谱鉴定方法，例如为高质量精度质谱、MALD1-TOF、LTQ 等。
[0029]本发明第三方面涉及本发明第一或第二方面任一项的方法用于分离和/或鉴定DNA结合蛋白的用途。
[0030]根据本发明第三方面任一项的用途，其中所述DNA结合蛋白为转录因子或转录活化因子。
[0031]本发明第四方面涉及一种去除核蛋白中无关高丰度蛋白的方法，所述方法包括将非特异DNA分子与核蛋白混合以及孵育的步骤；
[0032]优选地，所述方法还包括加入能够与该非特异DNA分子结合的分子实体的步骤；
[0033]优选地，所述非特异DNA分子连接有可检测的标记；[0034]优选地，所述非特异DNA分子能够与无关高丰度蛋白结合。
[0035]根据本发明第四方面任一项的方法，其中所述能够与该DNA分子结合的分子实体为能够与该标记特异性结合的分子实体；和/或，所述分子实体还偶联有易分离的物质，例如磁珠。
[0036]在本发明中，所述转录因子或转录活化因子包括通用转录因子和调控性转录因子，其中通用转录因子与RNA聚合酶一起构成了转录机器，通过与DNA转录起点临近位点启动子区结合实现基因转录；调控性转录因子一般与多样的增强子序列结合，再与转录机器发生作用，调控基因的转录；所述转录因子例如为p53、c-myc, p300 ;所述转录活化因子例如为转录活化因子-3 (STAT3)、转录活化因子-1 (STATl)等。
[0037]在本发明中，所述目标DNA分子可以为任何感兴趣的DNA分子，例如可以为任何感兴趣序列，例如为任何感兴趣的基因的调控基因部分(例如启动子序列，增强子序列)。在本发明的实施方案中，所述目标DNA分子为基因的启动子序列或其部分序列。
[0038]在本发明中，所述非特异DNA分子可以为任何能够与组蛋白结合的DNA双螺旋分子，例如为与目标DNA分子不同的DNA分子,例如为基因组中的外显子DNA部分，例如为目标DNA分子的基因外显子DNA部分。
[0039]在本发明中，所述能够与组蛋白结合的DNA分子是指该DNA分子所携带的负电荷足以与组蛋白结合以形成DNA-组蛋白复合物；优选地，该DNA分子能够被标记分子所标记。
[0040]在本发明中，所述非特异DNA分子的长度例如为大于lOObp，例如为大于200bp。[0041 ] 在本发明中，所述外显子DNA是指编码蛋白质序列的基因的DNA序列。
[0042]在本发明中，所述调 控基因是指调控基因转录的DNA序列。
[0043]发明的有益效果
[0044]本发明的方法具有稳定性和重复性好的特点，显著提高了鉴定未知DNA结合蛋白的实验效率。为深入研究细胞基因转录调控、基因转录的分子行为、分子肿瘤学、细胞生物学、生物化学等学科提供了有益的帮助。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1:整个分离纯化及鉴定过程模式图。
[0046]引物5’端标记上生物素后进行PCR扩增出目的片段。引入一段与目的片段相当的随机对照片段以除去核组分中高丰度的蛋白，如组蛋白。将对照片段与链霉亲和素磁珠孵育，使片段5’端带上磁珠，再加入核组分蛋白中进行孵育，使对照片段与核组分充分结合，通过磁力系统分离出对照片段结合的大部分非特异高丰度蛋白。然后将去除过高丰度蛋白的核组分再与目的片段孵育，抓取片段特异结合的蛋白分子，将这些蛋白洗脱后走胶银染，发现其中的特异性条带，切胶进行质谱鉴定。
[0047]图2:经过富集和未经过富集的SDS-PAGE图。其中BC8S为未经过与非特异片段(对照片段)孵育的电泳结果，BM5为经过与未特异片段孵育的电泳结果。其中BM5P2是指将核组分进行了一次对照片段去除高丰度蛋白后的电泳结果，BM5P3是指将核组分进行了两次对照片段去除高丰度蛋白后的电泳结果。可以看到与未进行富集的组BC8S相比，BM5P2和BM5P3大部分条带有逐渐加强的趋势，如35-40kDa之间的条带。
[0048]图3 =SDS-PAGE及质谱鉴定结果图[0049]如图所示(其中BC8S、BM5P2和BM5P3的含义与图2相同)，基于DIP方法富集了BM5P3片段特异结合的蛋白。取上图箭头所指处的特异性条带，切胶，进一步质谱鉴定。中图为鉴定样本的一级分离谱图，箭头框包括的部分是我们感兴趣的其中一个肽段所处在的分离位置，下图为该蛋白的二级质谱图，经过搜库该肽段对应的蛋白是PURA (核转录因子)。
[0050]图4:DNA与PURA的相互作用
[0051]Western blotting分析验证了特异DNA序列与PURA (PUR α )的相互作用，食管癌细胞系KYSE510细胞核蛋白提取，经DIP方法免疫共沉淀，免疫印迹分析验证质谱的鉴定的转录因子PURA，文献调研发现TORA与E2F家族有相互调控关系，免疫印迹验证了该特异DNA序列与PURA和E2F-2蛋白都具有相互作用。
[0052]图5:DNA与PARP的相互作用 [0053]Western blotting分析验证了特异DNA序列与PARP-1的相互作用，图中NP为未经处理的食管癌细胞系KYSE510细胞核组分蛋白，I~4为经过非特异序列去除高丰度蛋白，再经目的的DNA序列结合的蛋白复合体组分。经DIP免疫共沉淀，免疫印迹分析验证了核因子PARP-1与特异DNA的相互作用。
【具体实施方式】
[0054]下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
[0055]实施例1:采用DNA免疫共沉淀联合质谱鉴定I3URA转录因子
[0056]1.核组分蛋白的提取
[0057]I)使用T75培养瓶培养食管癌细胞KYSE510 (由日本Kyoto大学Shimada教授惠赠)，使用4°C预冷的IXPBS洗细胞，IOml/次Xl次。用胰酶消化下来后，完全培养基(RPMI1640,含10%胎牛血清)IOml终止胰酶翻译，PBSlOml/次X 2次洗细胞，弃掉PBS留下沉淀细胞；用 ImL Buffer AClOmM HEPES, pH7.9，1.5mM MgCl2, IOmM NaCl, 0.5mM DTT)重悬细胞，置于冰上15min ；
[0058]2)在步骤I)的细胞悬液中加入终浓度0.3%NP40裂解液(50mM Tris (pH7.4)，150mM NaCl, 1%NP_40)，混匀后将细胞悬液加入匀浆器中，上下匀浆20次；
[0059]3)匀浆后，将细胞裂解悬液至228g，4°C离心lOmin，弃去上清；
[0060]4)用 3OO μ I Buffer B (0.3M sucrose(蔗糖)，IOmM HEPES, pH7.9, 5mM MgCl2, IOmMNaCl)重悬细胞核沉淀，在另一个管中加入900 μ I buffer C (1.8M sucrose, IOmMHEPES, ρΗ7.9，5mMMgCl2, IOmM NaCl )，将重悬液加到 buffer C 中；
[0061]5)4°C条件下，25000g离心35min,弃掉上清,小心保留沉淀；
[0062]6)加入Iml Buffer B洗两遍沉淀；
[0063]7)取 Iml 左右 Buffer D (IOmM HEPES, pH7.9, 1.5mMMgCl2, 0.42M NaCl, 0.5mMDTT, 0.3M sucrose, 0.5%Triton X-100)加入蛋白酶抑制剂(该蛋白酶抑制剂包括AEBSF、抑肽酶、抑氨肽酶、亮抑蛋白酶肽、胃酶抑素A、PMSF(氟化苯基甲磺酰氟)，Roche公司)，裂解以上所得沉淀，涡旋震荡，4°C条件下，充分裂解；[0064]8)将裂解液分装于两个1.5ml离心管中，4°C离心，15min。收集上清，Bradford法蛋白定量。lmg/ml蛋白裂解液分装到Iml冻存管中，冰上保存。
[0065]2.生物素标记DNA片段的制备
[0066]I)确定目标DNA片段和非特异DNA的序列，以及目标DNA片段和非特异DNA片段的引物序列，合成引物，同时在5’端加上生物素标记；
[0067]A.非特异DNA序列如下:
【权利要求】
1.一种分离DNA结合蛋白的方法，所述方法包括以下步骤: 1)提取细胞的核蛋白； 2)将目标DNA分子与核蛋白混合，孵育； 3)加入能够与该目标DNA分子结合的分子实体，分离得到与目标DNA分子结合的核蛋白组分； 4)对步骤3)得到的核蛋白组分进行进一步分离，得到DNA结合蛋白； 优选地，所述目标DNA分子连接有可检测的标记。
2.权利要求1的方法，其中在步骤I)后还包括去除核蛋白中无关高丰度蛋白的步骤。
3.权利要求2的方法，其中所述去除核蛋白中无关高丰度蛋白的步骤包括:将非特异DNA分子与核蛋白混合，孵育，加入能够与该非特异DNA分子结合的分子实体，去除能够与该非特异DNA分子结合的核蛋白； 优选地，所述非特异DNA分子连接有可检测的标记； 优选地，所述非特异DNA分子能够与无关高丰度蛋白结合。
4.权利要求1的方法，其中所述DNA结合蛋白是指转录因子或者转录活化因子。
5.权利要求1-4任一项的方法，其中所述能够与该DNA分子结合的分子实体为能够与该标记特异性结合的分子实体；和/或，所述分子实体还偶联有易分离的物质，例如磁珠。
6.权利要求1-4的方法，其中所述标记为生物素，其中所述能够与该标记的DNA分子结合的分子实体为亲和素， 例如链霉亲和素。
7.权利要求1的方法，其中所述分离得到与目标DNA分子结合的核蛋白组分，包括对结合的核蛋白组分进行洗脱的步骤。
8.权利要求1的方法，其中步骤4)中所述分离的方法为分离蛋白的方法，例如为电泳，例如为蛋白质电泳，例如为聚丙烯酰胺凝胶电泳。
9.一种鉴定DNA结合蛋白的方法，所述方法包括权利要求1-8任一项的方法，以及对分离得到的DNA结合蛋白进行鉴定的步骤； 任选地，在鉴定后还包括对鉴定得到的蛋白进行比对和分析的步骤。
10.权利要求9的方法，其中所述鉴定的方法为质谱鉴定方法。
11.权利要求1-10任一项的方法用于分离和/或鉴定DNA结合蛋白的用途；优选地，其中所述DNA结合蛋白为转录因子或转录活化因子。
12.—种去除核蛋白中无关高丰度蛋白的方法，所述方法包括将非特异DNA分子与核蛋白混合的步骤； 优选地，所述方法还包括加入能够与该非特异DNA分子结合的分子实体的步骤； 优选地，所述非特异DNA分子连接有可检测的标记； 优选地，所述非特异DNA分子能够与无关高丰度蛋白结合。
13.权利要求12的方法，其中所述能够与该DNA分子结合的分子实体为能够与该标记特异性结合的分子实体；和/或，所述分子实体还偶联有易分离的物质，例如磁珠。
【文档编号】C07K1/14GK103739664SQ201410042740
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2014年1月29日
【发明者】赵晓航, 许杨, 林正伟, 郭志敏, 赵楠 申请人:中国医学科学院肿瘤医院, 中国人民解放军海军总医院