RNA pull-down实验原理/方法/流程

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RNA pull-down 是检测目的RNA结合蛋白质的核心技术之一。它通过将已知序列的RNA标记并固定在珠子上,从细胞裂解物中富集与之结合的蛋白质,再通过Western Blot或质谱鉴定。本文系统介绍RNA pull-down的实验原理、两种研究基本思路,以及高碘酸盐耦联法、生物素-磁珠耦联法和免疫沉淀法(RIP)的详细实验流程,供大家参考。

📋 本文内容速览
  1. RNA pull-down原理
  2. 基本思路:两种研究策略
  3. 策略一:RNA耦联珠子——高碘酸盐耦联法
  4. 策略一:RNA耦联珠子——生物素-磁珠耦联法
  5. 策略二:免疫沉淀蛋白富集RNA(RIP)
  6. 常见问题解答(FAQ)
PART 01RNA pull-down原理

RNA沉降(Pull down)主要是检测蛋白质与RNA之间的相互作用。首先把已知序列的RNA做好标记(例如biotin),依靠这个标记将RNA固定到某珠子(Beads)上,再和含有蛋白质的物质,例如细胞裂解物共孵育,之后去掉未与RNA作用的上清。收集从珠子上洗下来的蛋白质,如果蛋白质是未知的,则要去作质谱鉴定;如果想知道是不是某蛋白质,则要作Western Blot鉴定。

核心逻辑:已知RNA序列 → 标记并固定在珠子上 → 与细胞裂解物孵育 → 洗去未结合蛋白 → 收集结合蛋白 → Western Blot鉴定已知蛋白 / 质谱鉴定未知蛋白。

视频讲解


PART 02基本思路:两种研究策略

研究蛋白质与RNA之间的相互作用,大致有两种思路:

1将RNA耦联于珠子以富集与之相互作用的蛋白质

适合已知RNA找蛋白的场景。通过生物素标记或高碘酸盐耦联,将目标RNA固定在珠子上,从裂解物中捕获结合蛋白。

2用蛋白特异的抗体去免疫沉淀蛋白质,再提取蛋白复合体中的RNA

适合已知蛋白找RNA的场景(即RIP实验)。通过特异性抗体富集目标蛋白,再提取与之结合的RNA,利用QT-PCR等方法检测。

策略一
已知RNA → 找蛋白
1目标RNA标记生物素或高碘酸盐活化
2RNA固定到链霉亲和素磁珠或琼脂糖珠上
3与细胞裂解物孵育,形成RNA-蛋白复合物
4洗涤去除未结合蛋白
5洗脱结合蛋白
Western Blot / 质谱鉴定
策略二
已知蛋白 → 找RNA
1细胞裂解,提取蛋白
2加入特异性抗体,免疫沉淀目标蛋白
3Protein A/G珠子捕获抗体-蛋白复合物
4洗涤去除未结合成分
5Trizol提取复合物中的RNA
QT-PCR / 测序检测RNA
图1 RNA pull-down 的两种研究策略对比
PART 03策略一:RNA耦联珠子——高碘酸盐耦联法

①RNA-高碘酸盐反应

1配制反应体系

500 pmol RNA(100个碱基的RNA 15 μg,25个碱基的RNA 4 μg);40 μL 1 mol/L CH3COONa pH=5.0;20 μL 0.1 mol/L高碘酸盐(溶于水且新鲜配制);补水至400 μL。

2室温孵育

室温,置于旋转仪上孵育1 h(反应管外包铝箔纸)。

3乙醇沉淀

加80 μL 1 mol/L CH3COONa(pH=5.0),再加1 mL 100%无水乙醇,-20℃,静置1 h。在此期间,开始准备珠子。

4离心与重悬

4℃,12000 r/min,10 min,70%乙醇洗一次后干燥;将干燥好的RNA沉淀用100 μL CH3COONa(0.1 mol/L)重悬。

②准备珠子

1洗涤珠子

将100 μL乙二酸去异烟肼琼脂糖珠(含50%上清)在10 mL离心管中洗涤,10 mL 0.1 mol/L CH3COONa(pH 5.0)洗3次,每次4℃,3000 r/min,5 min,弃上清。

2重悬

用200 μL 0.1 mol/L CH3COONa(pH=5.0)重悬样品。

③RNA-珠子结合反应

1混合

将之前准备好的300 μL珠子加入高碘酸盐处理好的RNA中。

2避光结合过夜

4℃置于旋转仪上避光结合过夜(反应管外包裹铝箔纸)。

3洗涤

4℃,3000 r/min,5 min,去上清,用1 mL 2 mol/L NaCl洗2次,然后将样品移至1.5 mL EP管,4℃,3000 r/min,5 min,弃上清。

④接下来,可选方案1或方案2。

方案1

a. 洗RNA结合的珠子

  • 用1 mL缓冲液D洗3次,4℃,3000 r/min,5 min,弃上清。
  • 100 μL缓冲液D重悬。
缓冲液D配方(20 mL)
HEPES40 μL
KCl2 mL
EDTA4 μL
DTT20 μL
甘油1.2 mL
酶抑制剂20 μL

b. RNA-Protein结合反应

1准备500 μL RNA样品反应体系

300 μL缓冲液D;100 μL目的蛋白(10-15 μg/μL);肝素(100 μg/μL储存液稀释至终浓度0.5-2.5~5.0 μg/μL);加酶抑制剂,按1:1000加;补水至500 μL。

2孵育

摇晃混匀。旋转仪上孵育4 h(4℃)。

3洗涤

4℃,3000 r/min,5 min,尽可能弃去上清。1 mL缓冲液D洗3次,每次置于旋转仪上5 min,去上清。

4煮样与检测

加入50 μL 2×SDS上样缓冲液,煮样10 min,行Western Blot。

方案2

a. 洗RNA结合的Beads

  • 用1.0 mL缓冲液B,4℃ 3000 r/min,5 min,弃上清。
  • 100 μL缓冲液B重悬。
缓冲液B配方(pH 7.9)
HEPES5 mmol/L
MgCl21 mmol/L
乙酸镁0.8 mmol/L

b. RNA-蛋白质结合反应

1准备500 μL RNA样品反应体系

50 μL 10×结合缓冲液;100 μL目的蛋白(10-15 μg/μL);100 μL结合了RNA的珠子;肝素(100 μg/μL储存液稀释至终浓度0.5-2.5~5.0 μg/μL);加酶抑制剂,按1:1000加;补水至500 μL。

2孵育

轻轻摇晃离心管,于旋转仪上孵育30 min,室温。

3洗涤

4℃,3000 r/min,5 min,尽可能弃去未结合的蛋白混合物。Buffer B洗5次(1 mL),4℃,3000 r/min,5 min,弃上清。

4煮样与检测

加入50 μL 2×SDS上样缓冲液,煮样,行Western Blot。

方案选择建议:方案1使用缓冲液D,适合大多数常规RNA-蛋白结合实验;方案2使用缓冲液B(低离子强度),结合时间更短(30 min),适合结合动力学较快或结合较弱的RNA-蛋白互作。

PART 04策略一:RNA耦联珠子——生物素-磁珠耦联法

(1)实验原理

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孵育,形成RNA-蛋白质复合物。该复合物可与链酶亲和素标记的磁珠结合,从而与孵育液中的其他成分分离。复合物洗脱后,通过Western Blot实验检测特定的RNA结合蛋白是否与RNA相互作用。

核心优势:生物素-链霉亲和素结合是目前已知最强的非共价相互作用之一(Kd ~10-15 M),结合速度快、特异性高,且链霉亲和素磁珠封闭充分、背景低,是目前RNA pull-down最常用的方法。

(2)需要的试剂

亮抑酶酞,抑酶酞,胃酶抑素,HEPES等。

(3)实验步骤

1胞浆蛋白提取

100 mm培养皿(6×106细胞),去培养基 → PBS洗2次 → 沉淀用0.5 mL胰蛋白酶消化,加入PBS 2 mL,反复吹打收集细胞,转移至EP管,3000 r/min离心2 min,弃上清,PBS重复洗1次。加入100 μL缓冲液A,吸打混匀,冰浴15 min。加入缓冲液A(含2.5% NP40)12.5 μL,轻缓颠倒混匀6次,4℃,4000 r/min离心5 min,上清用于胞浆蛋白分析。

2探针标记

Promega试剂盒,Maxiscript T7 Kit,#1312。

a. 205 mmol/L NTP Mix。

b. 体外转录反应。

c. 探针纯化。

3沉降

a. 珠子处理。

b. Pull-down。

c. 煮样,行Western Blot。

PART 05策略二:免疫沉淀蛋白富集RNA(RIP)

当研究目标是"某个已知蛋白结合了哪些RNA"时,就需要采用免疫沉淀策略(RIP)。

1收集细胞

6盘10 cm皿已经长满的细胞。

2洗涤与刮取

DEPC处理的PBS洗3遍,10 mL/遍。最后用4 mL PBS刮下细胞,并将细胞吹散。

3离心收集

将细胞转移至5 mL离心管中,2000 r/min离心5 min,弃上清。

4冰上裂解

加入2 mL(根据细胞量确定)免疫共沉淀缓冲液,吹匀细胞。冰上裂解20~30 min,期间用1 mL枪和2.5 mL注射器将细胞裂解液吹散,使反应充分进行。

5离心取上清

将细胞裂解液转移至2个2 mL EP管中,12000 r/min最高转速离心20 min,离心后取上清。

6准备protein A/G珠子

取100 μL珠子于1.5 mL EP管中。用免疫共沉淀buffer洗3遍,再加入100 μL免疫共沉淀缓冲液,将珠子均匀悬浮其中。

7预清除

将准备好的beads与第(5)步中的上清混合,4℃旋转1 h。

8抗体孵育

离心后,吸出液体,将液体平均分到2个EP管中,分别加入4 μg抗体和Normal IgG,并都加入2 μL RNase抑制剂,混匀,4℃,旋转过夜。

9准备新的珠子

准备100 μL珠子,方法同(6),加入5 μL RNase抑制剂(可选)。

10捕获抗体-蛋白复合物

将(9)中的珠子每管加入26 μL。4℃反应1.5 h。

11洗涤

用免疫共沉淀缓冲液洗珠子,洗5遍。

12提取RNA

Trizol提取RNA,用于后续QT-PCR或测序检测。

RIP关键控制点:①全程使用DEPC处理耗材和RNase抑制剂,防止RNA降解;②设置Normal IgG对照,排除非特异性结合;③预清除步骤不可省略,可显著降低背景;④抗体用量需根据抗体效价优化,一般1-4 μg/反应。

PART 06常见问题解答(FAQ)
RNA pull-down的原理是什么?
RNA沉降(Pull down)主要是检测蛋白质与RNA之间的相互作用。首先把已知序列的RNA做好标记(例如biotin),依靠这个标记将RNA固定到某珠子(Beads)上,再和含有蛋白质的物质(例如细胞裂解物)共孵育,之后去掉未与RNA作用的上清。收集从珠子上洗下来的蛋白质,如果蛋白质是未知的,则要去作质谱鉴定;如果想知道是不是某蛋白质,则要作Western Blot鉴定。
研究蛋白质与RNA相互作用有哪两种基本思路?
研究蛋白质与RNA之间的相互作用,大致有两种思路:①将RNA耦联于珠子以富集与之相互作用的蛋白质;②用蛋白特异的抗体去免疫沉淀蛋白质,再通过提取蛋白复合体中的RNA,利用QT-PCR等方法以检测与之相互作用的RNA。第一种策略适合已知RNA找蛋白,第二种策略(即RIP)适合已知蛋白找RNA。
高碘酸盐耦联法的实验流程是怎样的?
高碘酸盐耦联法包括三个核心步骤:①RNA-高碘酸盐反应——将RNA与高碘酸盐在pH 5.0的醋酸钠缓冲液中室温避光孵育1小时,乙醇沉淀后重悬;②准备珠子——用0.1 mol/L醋酸钠(pH 5.0)洗涤乙二酸去异烟肼琼脂糖珠;③RNA-珠子结合反应——将处理好的RNA与珠子在4℃避光结合过夜,用2 mol/L NaCl洗涤后,即可用于RNA-蛋白结合反应。
生物素-磁珠耦联法的实验原理是什么?
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孵育,形成RNA-蛋白质复合物。该复合物可与链酶亲和素标记的磁珠结合,从而与孵育液中的其他成分分离。复合物洗脱后,通过Western Blot实验检测特定的RNA结合蛋白是否与RNA相互作用。
通过免疫沉淀蛋白富集RNA(RIP)的实验流程是怎样的?
RIP实验流程包括:①收集已长满的细胞,用DEPC处理的PBS洗3遍;②加入免疫共沉淀缓冲液冰上裂解20-30分钟;③离心取上清,与protein A/G珠子预清除1小时;④加入特异性抗体和Normal IgG,同时加入RNase抑制剂,4℃旋转过夜;⑤加入新的protein A/G珠子,4℃反应1.5小时;⑥用免疫共沉淀缓冲液洗珠子5遍;⑦Trizol提取RNA,用于后续QT-PCR检测。
RNA pull-down实验中为什么要加肝素和RNase抑制剂?
肝素(heparin)是一种竞争性抑制剂,在RNA-蛋白结合反应中作为非特异性竞争物加入,用于减少非特异性蛋白与RNA或珠子的结合,降低背景。RNase抑制剂用于防止RNA在实验过程中被降解,特别是在细胞裂解、孵育和洗涤等步骤中,RNase抑制剂可以有效保护RNA的完整性。

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