验证转录因子与靶基因启动子的相互作用,原来这些方法都可以用!

2026-06-15

来源/作者:普拉特泽生物-医学整体课题外包

在基因表达调控研究中,转录因子与靶基因启动子的相互作用是主要的关键环节,所以这期主要介绍“如何验证转录因子与靶基因启动子相互作用”
那如何验证转录因子与靶基因启动子相互作用呢?
我们知道基因表达调控就像一台精密运作的“机器”,而转录因子与靶基因启动子的相互作用则是这台机器中的核心齿轮。而转录因子,作为基因表达的“开关”,通过识别并结合到靶基因启动子区域的特定DNA序列,调控着基因的转录活性。
特别是后基因组时代的到来,基因调控网络的研究也日益深入,转录因子与靶基因启动子的相互作用成为了研究的热点和难点,但验证转录因子与靶基因启动子的相互作用并非易事。这种相互作用发生在复杂的细胞环境中,涉及多种分子间的动态相互作用,且受到多种因素的调控。此外,不同的转录因子可能具有的结合特性和调控机制,这进一步增加了验证难度。下面让我们看下有那些验证转录因子与靶基因启动子相互作用的方法吧!

1. EMSA 凝胶迁移实验(Electrophoretic Mobility Shift Assay)

  • 原理:转录因子蛋白与标记的启动子探针结合后,复合物分子量变大,电泳迁移速率慢于游离探针,出现阻滞条带。
  • 分组设置:游离探针、蛋白 + 探针、竞争冷探针(过量未标记探针)、突变探针、超迁移(加入 TF 特异性抗体)。
  • 优势:直观证明TF 蛋白能直接结合启动子 DNA 片段;可定位结合基序。
  • 局限:体外体系,不能反映细胞内真实染色质环境。

2. DNA pull-down(DNA 亲和下拉)

  • 原理:生物素标记启动子 DNA 片段固定在磁珠,孵育细胞裂解液 / 纯化 TF 蛋白,洗脱后 WB 检测是否富集 TF。
  • 对照:突变结合位点的启动子 DNA、无关序列 DNA。
  • 拓展:可联合质谱,筛选未知结合的转录因子。

3. ChIP 染色质免疫共沉淀(最核心体内证据)

  1. 甲醛交联细胞内蛋白 - DNA 复合物;
  2. 超声破碎染色质;
  3. TF 特异性抗体沉淀复合物;
  4. 解交联纯化 DNA;
  5. qPCR 检测靶启动子富集量。
  • 对照:IgG 阴性对照、无抗体对照、突变细胞株对照。
  • 升级:ChIP-seq:全基因组定位 TF 所有结合峰,批量筛选靶基因;
    • Re-ChIP(双 ChIP):验证两个 TF 共同结合同一段启动子。

5. CUT&Tag / CUT&RUN(替代 ChIP,优势明显)

无需甲醛交联、超声破碎,温和酶切切割结合位点附近 DNA,背景更低、起始细胞量更少、信噪比远高于传统 ChIP,现在主流替代方案,可做 qPCR 或高通量测序。

6. 双荧光素酶报告基因 Dual-Luciferase

  1. 构建质粒:
    • 野生型 WT:靶基因启动子序列连接萤火虫荧光素酶;
    • 突变型 Mut:把 TF 预测结合基序定点突变;
  2. 共转染:启动子质粒 + TF 过表达质粒 / 空载体;海肾荧光素酶做内参校正转染效率;
  3. 测荧光值:对比 WT 与 Mut 组荧光差异。
  • 结果判断:WT 组荧光显著升高 / 降低,Mut 组回复至基础水平 → TF 通过该位点调控启动子活性。