EMSA

膠體遷移實驗(Electrophoretic Mobility Shift Assay,EMSA),又稱電泳遷移率變動分析或膠體位移試驗,是一種經典的體外檢測蛋白質與核酸(DNA/RNA)相互作用的分子生物學技術。該技術彌補了體內相互驗證技術(如 ChIP)無法直接體現分子結合能力的缺陷,可精準鑑定 DNA 結合蛋白、測定蛋白與核酸相互作用的特異性及親和力,還能研究基因突變對相互的影響、精確定位蛋白在核酸序列上的結合位點。相較於 ChIP-seq 等技術,EMSA 操作簡便、成本較低、結果直觀,是驗證轉錄因子與標的基因啟動子直接結合的「黃金標準」,廣泛應用於植物發育調控、動物疾病機制與基因表達調控網絡解析等研究領域。

原理介紹

EMSA 的核心原理是蛋白質與帶標記的核酸(DNA 或 RNA)探針結合後,會形成分子量更大、結構更複雜的複合物,導致其在非變性聚丙烯醯胺膠體電泳中的遷移速率落後於自由的核酸探針。蛋白(P)與特異性核酸位點(D)可形成動態平衡的蛋白-核酸複合物(PD),即 P+D⇌PD,當結合速率(Ka)大於解離速率(Kd)時,體系中會穩定存在 PD 複合物;對孵育後的樣本進行非變性聚丙烯醯胺膠體電泳,游離的標記核酸探針因分子量小、電荷均勻,在電場中遷移速度快;而蛋白-核酸複合物因分子量增大、空間構象改變,遷移速度大幅減慢,會在膠體上形成落後於游離探針的「偏移條帶」;若核酸存在多個蛋白結合位點,可形成不同分子量的複合物,電泳後會呈現多條偏移條帶;透過特異性競爭探針、抗體等實驗,還可進一步驗證相互的特異性及複合物中蛋白的身份。

文獻案例

《Plant Physiology》發表題為「Transcription factor CrWRKY42 coregulates chlorophyll degradation and carotenoid biosynthesis in citrus」的研究論文,該研究藉助 EMSA 技術闡明了柑橘果實轉色的分子調控機制。研究人員從柑橘果實顏色突變體中鑑定出關鍵轉錄因子 CrWRKY42,推測其可調控葉綠素降解和類胡蘿蔔素合成路徑基因。為驗證直接相互關係,研究人員針對類胡蘿蔔素合成基因 CrBCH1、CrLCYB2 和葉綠素降解基因 CrNYC、CrSGR 的啟動子 W-box 序列設計生物素標記探針,與純化的 CrWRKY42-MBP 重組蛋白進行 EMSA 實驗。結果顯示,實驗組均出現明顯的條帶偏移;而加入過量未標記同源探針後,偏移條帶顯著減弱,加入突變 W-box 序列的探針則無偏移現象。同時,超遷移實驗中加入 CrWRKY42 抗體後,出現了遷移更慢的超遷移條帶,證實了結合的特異性。結合 Y1H、雙螢光素酶實驗,最終證實 CrWRKY42 可同時結合多個路徑基因啟動子,協同調控柑橘果實葉綠素降解和類胡蘿蔔素累積,推動果實由綠轉黃。

送樣標準

重組蛋白溶液

濃度≥0.5mg/mL,體積≥200μL,純度>80%,-80℃ 保存,乾冰運輸,避免反覆凍融

植物組織(萃取核蛋白用)

新鮮葉片 / 果實>1g,液氮速凍後 -80℃ 保存,乾冰運輸;需明確組織部位及處理條件

動物組織 / 細胞(萃取核蛋白用)

動物組織>0.5g、細胞沉澱>1×10^7 個,液氮速凍 -80℃ 保存,乾冰運輸;需提供組織 / 細胞來源資訊

合成好的核酸探針

乾粉或溶液形式,溶液濃度≥10μM,體積≥50μL,-20℃ 避光保存,冰袋運輸;需附帶探針序列及標記類型

交付內容

樣品質檢報告

包含重組蛋白純度檢測結果、天然蛋白濃度及活性品質控制資料、核酸探針退火效率及濃度檢測報告;

EMSA 原始實驗資料

包含膠體電泳原始圖譜、轉膜顯影圖片、各對照組條帶灰階值定量資料;

特異性驗證結果報告

涵蓋特異性競爭、非特異性競爭、超遷移實驗的完整結果,標註條帶偏移情況及相互特異性判定;

技術支援文件

提供探針序列優化建議、蛋白-核酸結合條件參數表、實驗問題排查指南,便於後續實驗重複與優化。

常見問題

①蛋白濃度不足或活性喪失(如重組蛋白未正確復性、天然蛋白降解);②探針濃度過低或未成功退火形成雙股;③結合緩衝液條件不適(如鹽濃度、pH 值未優化,缺少甘油等穩定劑);④孵育時間或溫度不當,導致蛋白-核酸複合物未穩定形成;⑤電泳緩衝液或膠體存在核酸酶污染,破壞探針結構。

非特異性條帶多由蛋白與探針的非特異性結合導致,可透過以下方式改善:①在結合體系中增加 Poly(dI-dC) 用量,增強非特異性結合抑制效果;②提高結合緩衝液中的鹽濃度(如 NaCl 濃度調至 100-200mM),降低非特異性相互;③降低蛋白樣本用量,減少過量蛋白引發的非特異性結合;④優化探針設計,縮短探針長度並聚焦核心結合位點,減少非特異性結合區域。

①選用濃度適中的膠體(4%-6%),避免濃度過低導致膠體脆性過大;②轉膜前將膠體浸泡在轉膜緩衝液中 10-15min,使其充分溶脹後再緩慢轉移至濾紙上,避免直接暴力操作;③轉膜過程中保持裝置平穩,控制轉膜電流和時間,防止膠體因過熱變形斷裂。

①抗體用量不足或抗體親和力低,需增加抗體濃度或更換特異性更高的抗體;②抗體無法辨識天然構象的蛋白(如重組蛋白標籤影響抗體結合),可更換針對蛋白不同表位的抗體;③孵育時間不足,需延長抗體與複合物的孵育時間(如室溫孵育 1-2h);④蛋白-核酸複合物結合力弱,抗體加入後破壞了原有複合物,可先優化蛋白-核酸結合條件再進行超遷移實驗。

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