核酸结合相分离蛋白筛选 | RNA/DNA Pull-down + B-isox-MS + 数据库挖掘的多维实验策略

所属分类: 技术干货

发布时间: 2026-07-22

概要: 如何在整个蛋白质组范围内,高效筛选既能够结合RNA/DNA,又具有相分离潜能的蛋白?




液-液相分离(LLPS)已经成为近年来生命科学领域最受关注的研究方向之一。从核仁、应激颗粒、P-body,到DNA损伤修复凝聚体、转录凝聚体和RNA剪接工厂,越来越多的细胞结构被证明依赖于相分离形成。与此同时,人们也逐渐认识到,RNA和DNA不仅是信息分子,更是调控相分离的重要组成部分。

RNA既可以作为支架促进凝聚体形成,也可以作为缓冲因子抑制蛋白聚集;DNA则能够通过招募转录因子、染色质调控蛋白和修复因子,驱动特定核内凝聚体的形成。因此,一个越来越受到关注的问题是:如何在整个蛋白质组范围内,高效筛选既能够结合RNA/DNA,又具有相分离潜能的蛋白?

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单一实验只能回答其中一个维度的问题


 RNA/DNA Pull-down能够告诉我们“哪些蛋白能够结合核酸”;

❷ B-isox富集能够告诉我们“哪些蛋白具有形成凝聚体的结构特征”;

 LLPS数据库可以回答“哪些蛋白已经被证明发生相分离”;

 生物信息学预测则能够进一步评估蛋白是否具有天然无序区(IDR)或低复杂度结构域(LCD)。

因此,将这些证据整合起来,可以构建一套更加可靠的筛选策略。

一个推荐的整体技术路线


整个流程可以概括为五个层级:实验筛选 → 数据整合 → 生信预测 → 功能验证

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Figure1. 技术路线图

第一层:RNA/DNA Pull-down-MS —— 定义核酸结合蛋白集合


RNA/DNA Pull-down联合质谱分析,是筛选核酸结合蛋白最成熟的方法之一。

实验的核心思想非常简单:利用生物素标记的RNA或DNA探针,从细胞裂解液中“钓取”能够结合目标核酸的蛋白,随后通过LC-MS/MS进行鉴定。

这一策略能够获得一个较大的候选蛋白集合,其中通常包括:

  • RNA结合蛋白(RBPs)

  • DNA结合蛋白(DBPs)

  • 转录调控蛋白

  • RNA加工因子

  • 染色质相关蛋白

  • 与目标核酸形成复合体的间接结合蛋白

需要特别强调的是:

Pull-down实验获得的是“核酸相关蛋白(NA-associated proteins)”,并不意味着所有蛋白都直接与RNA或DNA发生结合。

因此,它更适合作为第一轮广泛筛选。

第二层:B-isox-MS —— 筛选具有相分离潜能的蛋白


如果说Pull-down回答的是“谁能结合核酸”,那么B-isox回答的则是:谁具有形成生物分子凝聚体的结构基础?

B-isox(Biotinylated isoxazole)能够选择性沉淀富含低复杂度结构域(LCD)的蛋白,而这类蛋白恰恰是LLPS研究中的主角。

经典的相分离蛋白,如FUS、hnRNPA1、TDP-43、NONO、SFPQ和多个DDX家族成员,都能够被B-isox有效富集。

不过需要认识到,B-isox富集的是“低复杂度蛋白网络”,而不是“所有能够发生LLPS的蛋白”。

因此:

  • B-isox阳性 ≠ 一定发生LLPS;

  • B-isox阴性 ≠ 一定没有LLPS能力。

它本质上是一种提高筛选效率的富集工具。

第三层:交集分析 —— 让两种实验相互验证


真正值得关注的蛋白,往往来自两套实验数据的交集。

换句话说,我们希望找到那些既能够结合RNA/DNA,又具有形成凝聚体潜能的蛋白。

这一交集能够有效过滤掉:

  • 普通RNA结合蛋白;

  • 普通DNA结合蛋白;

  • 不具备低复杂度结构的蛋白;

  • B-isox中的部分非核酸相关蛋白。

相比单独分析Pull-down数据,这一步通常可以将候选蛋白数量缩小至几十到一两百个,更适合开展后续机制研究。

第四层:数据库验证 —— 已有研究能告诉我们什么?


实验数据只是起点,公开数据库则提供了另一种重要证据。

对于交集蛋白,可以进一步检索多个LLPS数据库,例如:LLPSDB / PhaSePro / DrLLPS

重点关注以下几个问题:

1. 是否已有LLPS报道?

2. 是否已经观察到液滴形成?

3. 是否具有FRAP恢复?

4. 是否依赖RNA促进相分离?

5. 是否参与核仁、Stress Granule或P-body等凝聚体?

如果某个蛋白已经在多个数据库中出现,那么其作为LLPS蛋白的可信度将显著提高;反之,如果尚无报道,则可能意味着具有较高的新颖性。

第五层:结构预测 —— 寻找相分离的“分子基础”


绝大多数经典LLPS蛋白都具有共同的结构特征:

  • 天然无序区(IDR)

  • 低复杂度结构域(LCD)

  • 富含Gly、Arg、Tyr、Gln等氨基酸

  • 多价相互作用位点

因此,生物信息学预测是整个筛选流程的重要组成部分。

推荐使用以下工具:

如果一个候选蛋白同时具有明显IDR、LCD,并预测具有较高LLPS倾向,那么其进入后续验证阶段的优先级应进一步提高。

第六层:RNA结合数据库——再次验证核酸结合属性


Pull-down实验能够提供实验层面的证据,但仍无法完全区分直接结合与间接结合。

因此,可以进一步结合RNA结合数据库进行注释,

例如:RBPbase / EuRBPDB / RNAInter / ENCODE eCLIP数据

重点关注:

1. 是否具有RNA结合结构域(RRM、KH、ZnF等);

2. 是否已有CLIP-seq或eCLIP证据;

3. 是否已有RNA结合位点报道;

4. 是否属于经典RNA结合蛋白家族。

这一步能够进一步增强候选蛋白的可靠性。

最后一步:实验验证决定答案


所有筛选策略最终都需要回归实验。

推荐按照由易到难的顺序开展验证:

 细胞定位:观察蛋白是否形成离散颗粒或凝聚体;

❷ FRAP:检测凝聚体是否具有动态恢复能力;

 1,6-Hexanediol处理:评估凝聚体是否依赖弱相互作用维持;

❹ 体外Droplet Assay:验证纯化蛋白是否能够自主形成液滴,以及RNA/DNA是否促进或抑制液滴形成;

 结构域缺失或点突变:删除IDR/LCD或破坏关键相互作用位点,验证相分离能力是否受到影响。

只有当功能实验与前期筛选结果相互印证时,才能较为可靠地证明一个蛋白是真正意义上的核酸结合相分离蛋白。

结语:从“候选名单”到“机制发现”


RNA/DNA Pull-down、B-isox富集、LLPS数据库、生物信息学预测和RNA结合数据库,各自回答的是不同层面的科学问题。真正有价值的研究,不在于依赖某一种技术,而在于将这些互补的信息整合成一套逻辑严密、层层递进的筛选框架。

对于希望探索RNA或DNA调控相分离机制的研究者而言,这种“实验 + 数据库 + 生信 + 功能验证”的多维策略,不仅能够显著提高候选蛋白筛选的准确性,还能够帮助发现那些尚未被报道的新型LLPS分子,为后续机制研究和疾病相关研究提供坚实的基础。


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参考资料

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