说明:
1. RNA与蛋白互作可以从RNA和蛋白这两个角度展开。从RNA的角度来说:RNA与蛋白的互作可用于解释RNA的稳定性变化、RNA翻译、RNA定位等过程,因此在进一步研究RNA与蛋白互作之前,一般都要先确认RNA本身发生的这些改变,特别是有不少项目关注的是RNA修饰(比如RNA m7G等),然后再通过与之结合的蛋白进一步说明具体的方式(RNA结合蛋白);另外一个角度就是蛋白,虽然主要是RNA结合蛋白这一类,但由于RNA结合蛋白类型很多,还要具体分类,比如RNA 修饰Reader蛋白、翻译因子、RNA转运蛋白等等;
2.虽然现在有很多在线工具可以预测RNA-蛋白互作,但是这些工具大多有一个缺陷:没有考虑到组织或者细胞特异性,即虽然预测到某个RNA与蛋白可能结合(甚至有很高的“打分”),但不能说明在申请人研究背景下(比如在心肌细胞、巨噬细胞)也能结合,比如有的蛋白或者RNA可能有很高的组织表达特异性(组织或者细胞特异性表达的),换个细胞或者组织就不表达了,这也是预测蛋白-蛋白互作很常见的一个问题;
3.与之前我们说的蛋白-蛋白互作相比,在细胞体系的RIP-Seq、RNA pulldown这些实验并不能直接证明蛋白与RNA的互作,即有可能存在介导RNA与蛋白互作的间接介导因子B,即“RNA—间接因子B—蛋白”这种模式,而非“RNA—蛋白”的作用方式,因此还需要在非细胞体系下进一步证明;
4.像RNA pulldown和RIP-Seq这种技术多数情况下鉴定到的是RNA或者蛋白整体的结合,基本做不到氨基酸或者核苷酸分辨率的结合,因此如果要进行深入的机制研究,还需要对RNA和蛋白进一步进行截断实验和突变,从而确认具体的作用位置、结构域和位点;
5.其它的一些问题与蛋白-蛋白互作等很像,即要确认RNA与蛋白的互作,一般都需要几个方式一起来证明,如果只用一个技术来证明,很容易被质疑,比如有很多项目中证明RNA与蛋白结合,只有RIP-Seq和RNA pulldown就是不严谨的。
6.由于RNA pulldown、RIP-Seq这些技术主要是用于筛选的,因此后续一般也要通过WB、PCR或者qPCR等进行验证,而有很多项目在预实验层面会出在分组设置上,比如缺少Input、IgG对照、Negative/ Scramble阴性对照和阳性对照,这也是很多专家提出质疑的细节地方。
下面我们简单介绍一下这些技术,由于这些技术基本都是比较经典的,我们就不说的太详细了:
一、RNA pulldown——MS/WB
RNA pulldown是一种用于研究蛋白质与RNA之间的相互作用的实验技术。它的原理基于使用生物素标记的RNA探针作为“诱饵”,在细胞裂解液中捕获与之特异性结合的蛋白质。
大致流程:首先,设计并合成包含特定RNA序列的探针,并通过生物素进行标记以便于后续的检测和纯化。接着,将细胞裂解以释放蛋白质和RNA,然后与标记的RNA探针混合,允许探针与裂解液中的蛋白质相互作用。通过亲和层析技术,如链霉亲和素-琼脂糖珠,纯化与RNA探针结合的蛋白质。最后,通过WB或者质谱等方法鉴定或者验证这些蛋白。
二、RIP-Seq (RNA binding protein Immunoprecipitation Sequencing)
RIP-Seq(RNA免疫沉淀测序)是一种用于研究蛋白质与RNA相互作用的高通量测序技术。其原理是利用特定的抗体捕获与目标蛋白质结合的RNA分子,然后通过高通量测序技术对这些RNA进行测序和分析。
大致流程:首先,细胞被裂解以提取蛋白质-RNA复合物;然后,使用针对特定RNA结合蛋白的抗体进行免疫沉淀,这些抗体能够特异性地识别并捕获目标蛋白及其相关的RNA分子;接着,沉淀的复合物被洗涤以去除非特异性结合,然后释放RNA并进行纯化;之后,纯化的RNA分子被用于构建测序文库,并通过测序技术进行测序;最后,通过生物信息学分析,比较免疫沉淀样本与对照样本的测序结果,以鉴定与目标蛋白质相互作用的RNA分子;或者采用qPCR方法验证与蛋白结合的RNA。
三、CLIP-Seq(Crosslinking and Immunoprecipitation Sequencing)
CLIP-Seq是一种用于研究蛋白与RNA相互作用的高通量测序技术。其原理基于使用紫外线(UV)或化学交联剂对细胞进行交联处理,使RNA结合蛋白(RBPs)与其结合的RNA分子形成稳定的复合物,后通过抗体捕获并进行测序,以鉴定与蛋白结合RNA的序列位置。
大致流程:首先对细胞进行交联处理,使RBPs与RNA形成稳定的复合物;接着,使用针对特定RBP的抗体进行免疫沉淀,捕获这些蛋白质-RNA复合物;然后,纯化沉淀的复合物并释放RNA分子;之后,将纯化的RNA分子用于构建测序文库;最后进行高通量测序并对测序数据进行生物信息学分析,以鉴定RBPs的靶标RNA和精确的结合位点(大致区域,而不是精确到单个核苷酸水平的信息,如果要到单碱基水平,可以通过eCLIP/iCLIP等方法)。
四、RNA电泳迁移率分析(RNA Electrophoretic Mobility Shift Assay,RNA EMSA)
是一种用于研究蛋白质与RNA相互作用的实验技术。该技术基于蛋白质与RNA结合后,会形成较大的复合物,其在凝胶中的迁移速率会比单独的RNA分子慢。
大致流程:首先,合成或纯化目标RNA分子,并对其进行标记,通常使用放射性同位素(例如^32P)或非放射性标记物(如生物素或荧光标记)。接着准备待测的蛋白质,这些蛋白质可以是纯化的重组蛋白或从细胞中提取的蛋白。然后,将标记的RNA探针与蛋白质混合,并在特定的条件(如适宜的温度、离子强度和pH值)下孵育,以允许蛋白质与RNA发生结合。孵育后,将反应混合物加载到非变性聚丙烯酰胺凝胶上,并进行电泳。在电泳过程中,由于蛋白质-RNA复合物的迁移速率比自由RNA慢,它们会在凝胶中形成新的条带。最后,电泳完成后,通过放射自显影、化学发光或荧光成像等适当的检测方法来检测RNA探针和蛋白质-RNA复合物的条带。通过比较复合物和自由RNA的迁移距离,研究者可以判断蛋白质是否与RNA发生了结合以及这种结合的特异性。
五、RNA与蛋白共定位
与蛋白-蛋白共定位相似,这个实验是从形态上确定RNA与蛋白结合的比较重要的实验,因此是国自然项目中“必需”的实验了。RNA与蛋白共定位是指在细胞内RNA和蛋白质在亚细胞水平上的空间分布和相互作用。
(如果基金里面放上这样的图,会不会增加评审专家的印象分?)
大致流程:RNA与蛋白共定位的研究流程首先涉及样本的准备,包括培养细胞至适当密度并对细胞进行必要的处理,如转染、诱导表达或药物处理。接着,通过使用RNA标记技术,如荧光原位杂交(FISH)或RNA与绿色荧光蛋白(GFP)融合标签,对目标RNA分子进行标记。同时,目标蛋白质通过转基因、CRISPR/Cas9系统或免疫荧光技术与荧光蛋白融合或直接标记。然后,利用共聚焦显微镜或超分辨率显微镜对细胞内标记的RNA和蛋白质进行成像,捕获它们在亚细胞结构中的分布情况。之后,通过图像分析软件对获得的图像进行定量分析,评估RNA和蛋白质的共定位程度和分布模式。