$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
EMSA są używane do analizy interakcji między DNA a białkami za pomocą natywnej elektroforezy w żelu poliakrylamidowym (PAGE) do rozwiązania mieszaniny interesującego białka i znakowanej sondy DNA zawierającej potencjalne miejsca docelowe białka1. Sonda DNA związana z białkiem będzie migrować wolniej w porównaniu z wolną sondą DNA, a zatem jej migracja przez matrycę poliakryloamidową jest opóźniona. Znakowanie radioaktywne DNA przez 32P jest dominującą metodą wykrywania w EMSA. Chociaż zastosowanie znakowania radioaktywnego w badaniach biochemicznych jest korzystne, stosuje się alternatywne metody znakowania DNA o porównywalnej czułości ze względu na zagrożenia dla zdrowia i bezpieczeństwa związane z obchodzeniem się z promieniotwórczością. Te alternatywne metody obejmują koniugację DNA z biotyną2 lub digoksygeniną (DIG)3 (z których oba są następnie wykrywane przez systemy chemiluminescencyjne), barwienie SYBR na zielono żeli PAGE4 lub bezpośrednie wykrywanie koniugatów barwnika DNA-fluorescencyjnego poprzez skanowanie żelu5,6.
Rozwiązane żele EMSA za pomocą radioaktywnie znakowanych sond DNA wymagają przetwarzania po uruchomieniu za pomocą filmów autoradiograficznych lub systemu fosforowego do wykrywania sygnałów radioaktywnych1,7. Żele EMSA wykorzystujące sondyDNA biotyny-2 lub 3 sprzężone z DIG muszą być również przetworzone i przeniesione na odpowiednią membranę, a następnie wykryte za pomocą chemiluminescencji6. Barwienie żelu na zielono metodą SYBR wymaga barwienia żelem po uruchomieniu i skanera fluorescencyjnego4. Ze względu na to, że w przypadku EMSA stosujących te techniki znakowania DNA wymagane są etapy przetwarzania żelu po przebiegu, rozwiązany żel można oznaczyć tylko raz. W przeciwieństwie do tego, sondy DNA znakowane fluoroforami mogą być bezpośrednio wykryte w żelu wewnątrz szklanych płytek za pomocą skanera. W związku z tym interakcje DNA-białko mogą być monitorowane i oznaczane kilkakrotnie w różnych punktach czasowych podczas przebiegu, co znacznie skraca czas i obniża koszty. Koniugaty barwników fluorescencyjnych DNA, które zostały użyte w EMSA, obejmują Cy36,8, Cy56,8, fluoresceinę9 i barwniki fluorescencyjne w podczerwieni4-6.
Regulacja transkrypcji wymaga interakcji białko-DNA czynników transkrypcyjnych i ich docelowych genów. Koordynacja tych interakcji generuje różne typy komórek ze wspólnego przodka podczas rozwoju zwierząt. Bezstronne badanie genetyczne zidentyfikowało mutację typu missense, G73E, w wysoce konserwatywnej domenie wiążącej DNA HMG czynnika transkrypcyjnego SOX-2 Caenorhabditis elegans. Mutacja powoduje transformację tożsamości komórkowej neuronów węchowych AWB w neurony węchowe AWC na poziomie molekularnym, morfologicznym i funkcjonalnym5,10. SOX-2 w różny sposób reguluje końcowe różnicowanie neuronów AWB i AWC poprzez interakcję z zależnymi od kontekstu czynnikami transkrypcyjnymi partnera i odpowiednimi miejscami docelowymi DNA5,10. SOX-2 współpracuje z LIM-4 (LHX) w końcowym różnicowaniu neuronów AWB, podczas gdy SOX-2 współpracuje z CEH-36 (OTX/OTD) w końcowym różnicowaniu neuronów AWC. Testy reporterowe lucyferazy pokazują, że SOX-2 i zmutowane białkaSOX-2 G73E mają interakcje kooperacyjne z kofaktorami transkrypcyjnymi LIM-4 i CEH-36 w celu aktywacji promotora ulegającego ekspresji w neuronach AWB i AWC. Jednak SOX-2 i zmutowany SOX-2G73E wykazywały zróżnicowane właściwości aktywacji promotora. Aby zbadać molekularne podstawy zróżnicowanej aktywności wiązania DNA SOX-2 i SOX-2G73E, przeprowadzono fEMSA z tymi białkami i ich potencjalnymi miejscami docelowymi.
Po pierwsze, zastosowano podejście bioinformatyczne w celu zidentyfikowania biologicznie istotnych sekwencji wiążących DNA w regionie promotora 1 kb użytym w teście lucyferazy. Ponieważ w całym promotorze obecnych było wiele potencjalnych miejsc wiązania SOX-2, skupiliśmy się na przewidywanych miejscach wiązania SOX-2 sąsiadujących z domniemanymi miejscami wiązania CEH-36 lub LIM-4 i ewolucyjnie konserwatywnych między różnymi gatunkami nicieni. Sekwencje te zostały usunięte lub zmutowane, a następnie przetestowane in vivo pod kątem ich aktywności w zakresie ekspresji transgenów reporterowych GFP w neuronach AWB lub AWC. Dzięki takiemu podejściu zidentyfikowaliśmy potencjalne sąsiednie miejsca docelowe LIM-4 / SOX-2 i CEH-36 / SOX-2, które są specyficznie wymagane do ekspresji GFP w neuronach AWB i AWC, odpowiednio5. Zbadaliśmy potencjalne różnice w wiązaniu DNA SOX-2 i SOX-2G73E za pomocą fEMSA ze zidentyfikowanymi sąsiednimi miejscami docelowymi LIM-4 / SOX-2 i CEH-36 / SOX-2. Nasza analiza EMSA wykazała, że SOX-2G73E nie wiązał sondy DNA zawierającej sąsiednie miejsca docelowe LIM-4 / SOX-2 (wymagane do ekspresji genów w AWB) tak skutecznie, jak zrobił to WT SOX-2. Jednak SOX-2 i SOX-2G73E nie miały różnicy w wiązaniu sondy DNA zawierającej sąsiednie miejsce docelowe CEH-36 / SOX-2 (wymagane do ekspresji genu w AWC)5,10. Nasze analizy fEMSA dostarczają mechanistycznego wglądu w naturę mutacji SOX-2G73E w wpływie na specyficzną aktywność wiązania DNA dla fenotypu transformacji tożsamości komórkowej AWB-do-AWC. W tym miejscu opisujemy zoptymalizowany protokół fEMSA przy użyciu oczyszczonego 6xHis-SOX-2 lub 6xHis-SOX-2G73E wraz z sondami DNA znakowanymi barwnikiem fluorescencyjnym w podczerwieni zawierającymi sąsiednie miejsca docelowe LIM-4 / SOX-2 jako studium przypadku mające na celu rozwiązanie ważnego pytania biologicznego.