$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
EMSA została pierwotnie opracowana do badania związku białek wiążących DNA z docelowymi sekwencjami DNA1,2. Zasada jest podobna w przypadku interakcji RNA/białko3, na których skupia się ten artykuł. Krótko mówiąc, RNA jest naładowany ujemnie i będzie migrować w kierunku anody podczas elektroforezy bez denaturacji w żelach poliakrylamidowych (lub agarozowych). Migracja w obrębie żelu zależy od wielkości RNA, która jest proporcjonalna do jego ładunku. Specyficzne wiązanie białka z RNA zmienia jego ruchliwość, a kompleks migruje wolniej w porównaniu z wolnym RNA. Wynika to głównie ze wzrostu masy cząsteczkowej, ale także ze zmian w ładunku i ewentualnie konformacji. Wykorzystanie znakowanego RNA jako sondy umożliwia łatwe monitorowanie "opóźnienia żelu" lub "przesunięcia pasma". Użycie 32sond RNA znakowanych P jest bardzo powszechne i zapewnia wysoką czułość. Migracja kompleksów RNA/białko i wolnego RNA jest wykrywana za pomocą autoradiografii. Wadami są krótki okres półtrwania wynoszący 32P (14,29 dni), stopniowe pogarszanie się jakości sondy z powodu radiolizy, wymóg licencji radioaktywnej i infrastruktury do pracy radioaktywnej oraz potencjalne obawy dotyczące bezpieczeństwa biologicznego. W związku z tym opracowano alternatywne, nieizotopowe metody znakowania sondy RNA, na przykład za pomocą fluoroforów lub biotyny, które umożliwiają detekcję za pomocą obrazowania fluorescencyjnego lub chemiluminescencyjnego4,5. Ograniczeniami tych metod są wyższe koszty i często zmniejszona czułość w porównaniu z znakowaniem izotopowym oraz możliwość zakłócania interakcji RNA/białko przez znaczniki nieizotopowe. Niedenaturujące żele poliakrylamidowe nadają się do większości zastosowań EMSA i są powszechnie stosowane. Czasami żele agarozowe mogą stanowić alternatywę dla analizy dużych kompleksów.
Główną zaletą EMSA jest to, że łączy w sobie prostotę, czułość i solidność4. Test można wykonać w ciągu kilku godzin i nie wymaga zaawansowanego oprzyrządowania. Oddziaływania RNA/białko mogą być wykrywane przez EMSA w stężeniach tak niskich, jak 0,1 nM lub mniej, i w szerokim zakresie warunków wiązania (pH 4,0 - 9,5, stężenie soli jednowartościowej 1 - 300 mM i temperatura 0 - 60 °C).
Tworzenie kompleksu RNA/białko można również badać za pomocą testu wiązania filtra. Jest to prosta, szybka i niedroga procedura polegająca na zatrzymaniu kompleksów RNA/białko w filtrze nitrocelulozowym, podczas gdy wolna sonda RNA przechodzi przez6. W porównaniu z EMSA jest ona ograniczona w przypadkach, gdy sonda RNA zawiera wiele miejsc wiązania lub surowy ekstrakt zawiera więcej niż jedno białko wiążące RNA, które wiąże się z sondą w tym samym miejscu. Podczas gdy wiele interakcji RNA/białko uniknie wykrycia przez test wiązania filtra, można je łatwo zwizualizować za pomocą EMSA. W niektórych przypadkach wizualizacja jest możliwa nawet wtedy, gdy dwa kompleksy RNA/białko współmigrują (na przykład ludzkie kompleksy IRP1/IRE i IRP2/IRE), dodając przeciwciało przeciwko jednemu z białek wiążących RNA do reakcji EMSA, powodując dalsze opóźnienie żelu ("supershift")7.
EMSA jest szeroko stosowana do badania IRP1 i IRP2, które są potranskrypcyjnymi regulatorami metabolizmu żelaza8-10. Działają poprzez wiązanie się z IRE, filogenetycznie zachowanymi strukturami spinki do włosów w UTR kilku mRNA11. IRE zostały po raz pierwszy odkryte w mRNA kodujących ferrytynę12 i receptor transferyny 1 (TfR1)13, białka odpowiednio magazynujące i wychwytywane żelazo. Później IRE znaleziono w swoistej dla erytroidu syntazie aminolewulinianu (ALAS2)14, tojadazie mitochondrialnej15, ferroportynie16, transporterze metali dwuwartościowych 1 (DMT1)17, czynniku indukowanym hipoksją 2α (HIF2α)18 i innych mRNA19-21. Prototypowe mRNA H- i L-ferrytyny zawierają jeden IRE w swoim 5' UTR, podczas gdy mRNA TfR1 zawiera wiele IRE w swoim 3' UTR. Interakcje IRE/IRP specyficznie hamują translację mRNA ferrytyny poprzez steryczne blokowanie jej asocjacji podjednostki rybosomalnej 43S; ponadto stabilizują mRNA TfR1 przed rozszczepieniem endonukleolitycznym . IRP1 i IRP2 mają duże podobieństwo sekwencji i wykazują wysoką aktywność wiązania IRE w komórkach pozbawionych żelaza. W komórkach bogatych w żelazo IRP1 gromadzi klaster szebanowy Fe-S, który przekształca go w tojadę cytozolową kosztem jego aktywności wiążącej IRE, podczas gdy IRP2 ulega degradacji proteasomalnej. Tak więc oddziaływania IRE/IRP zależą od stanu żelaza w komórkach, ale są również regulowane przez inne sygnały, takie jakH2O2, tlenek azotu (NO) lub niedotlenienie. W tym miejscu opisujemy protokół oceny aktywności wiązania IRE z surowych ekstraktów komórkowych i tkankowych przez EMSA. Użyliśmy sondy IRE H-ferrytyny znakowanej 32P, która została wygenerowana przez transkrypcję in vitro z plazmidowej matrycy DNA (I-12.CAT), w której sekwencja IRE została pierwotnie wprowadzona w orientacji zmysłowej poniżej miejsca polimerazy T7 RNA poprzez klonowanie wyżarzonych syntetycznych oligonukleotydów 22.