Cell and Tissue BiologyCell and Tissue BiologyЦитология0041-37713034-6061The Russian Academy of Sciences66959410.31857/S0041377124030052PEKAZNArticlesСтатьиResearch ArticleEMSA-SELEX-seq method for analysis of binding site sequences in DNA-protein complexesМетод EMSA‒SELEX‒seq для анализа последовательностей сайтов связывания в комплексах ДНК‒белокNazarovI. B.НазаровИ. Б.
Russian Federation
i.nazarov@incras.ruGordeevM. N.ГордеевМ. Н.
Russian Federation
i.nazarov@incras.ruKuzminA. A.КузьминА. А.
Russian Federation
i.nazarov@incras.ruZilovD. S.ЗиловД. С.
Russian Federation
i.nazarov@incras.ruPotapenkoE. V.ПотапенкоЕ. В.
Israel

Institute of Evolution, Department of Evolutionary and Environmental Biology

Институт эволюционного развития, отдел эволюции и биологии окружающей среды

i.nazarov@incras.ruTomilinA. N.ТомилинА. Н.
Russian Federation
a.tomilin@incras.ruInstitute of Cytology RASИнститут цитологии РАНUniversity of HaifaУниверситет Хайфы1505202466325325827022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://vietnamjournal.ru/0041-3771/article/view/669594

The BOB1 protein (OBF1, OCA-B) is a transcriptional coactivator of two POU domain proteins — OCT1, expressed in all cells, and lymphoid-specific OCT2. The interaction of BOB1 with OCT1/2 plays an important role in the regulation of immune responses in both physiological and pathological contexts. BOB1 is known to form a ternary complex with OCT1/2 bound to DNA in monomeric and certain dimeric configurations, changing the sequence specificity of the binding. To analyze DNA sequences from these complexes, in this work we proposed the EMSA-SELEX-seq method, based on the separation of OCT/BOB1 complexes of various compositions in a non-denaturing polyacrylamide gel (EMSA) followed by the isolation and amplification of the oligonucleotides that they contain (SELEX). Based on several rounds of the enrichment followed by the NGS sequencing and bioinformatics analysis, the DNA sequences were determined and the relevance of this approach was confirmed. Thus, the proposed EMSA-SELEX-seq method allows the analysis of DNA sequences in DNA-protein complexes with varying dimensions of its protein components.

Белок BOB1 (OBF1, OCA-B) представляет собой траскрипционный коактиватор двух POU-доменных белков: экспресирующегося во всех клетках OCT1 и лимфоид-специфического OCT2. Взаимодействие BOB1 с OCT1/2 играет важную роль в регуляции иммунных ответов как в физиологическом, так и в патологическом контексте. Известно, что BOB1 образует тройной комплекс с OCT1/2 связанных с ДНК в мономерных и определенных димерных конфигурациях, меняя сиквенс-специфичность такого связывания. Для анализа последовательностей ДНК из этих комплексов в настоящей работе нами предложен метод EMSA-SELEX-seq, основанный на разделении OCT/BOB1 комплексов различного состава в неденатурирующем полиакриламидном геле (EMSA) с последующим выделением и амплификациией содержащихся в них олигонуклотидов (SELEX). На основании нескольких раундов такого обогащения с последующим NGS-секвенированием и биоинформатическим анализом были определены ДНК-последовательности и подтверждена релевантность данного подхода. Таким образом, предложенный метод EMSA-SELEX-seq позволяет проводить анализ последовательностей ДНК в сложных ДНК-белковых комплексах с различающейся мерностью его белковых компонентов.

EMSASELEXNGS sequencingOCT1OCT2BOB1OBF1OCA-BEMSASELEXNGS секвенированиеOCT1OCT2BOB1OBF1OCA-BРоссийский Научный ФондRussian Science Foundation21-14-00369Bailey T. L., Elkan C. 1994. Fitting a mixture model by expectation maximization to discover motifs in biopolymers. In: Proceedings of the Second International Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology. Menlo Park, California: AAAI Press. P. 28.Botquin V., Hess H., Fuhrmann G., Anastassiadis C., Gross M. K., Vriend G., Schöler H. R. 1998. New POU dimer configuration mediates antagonistic control of an osteopontin preimplantation enhancer by Oct-4 and Sox-2. Genes Dev. V. 12. P. 2073.Gstaiger M., Georgiev O., van Leeuwen H., van der Vliet P., Schaffner W. 1996. The B cell coactivator Bob1 shows DNA sequence-dependent complex formation with Oct-1/Oct-2 factors, leading to differential promoter activation. EMBO J. V. 15. P. 2781.Gstaiger M., Knoepfel L., Georgiev O., Schaffner W., Hovens C. M. 1995. A B-cell coactivator of octamer-binding transcription factors. Nature. V. 373. P. 360.Jolma A., Yan J., Whitington T., Toivonen J., Nitta K. R., Rastas P., Morgunova E., Enge M., Taipale M., Wei G., Palin K., Vaquerizas J. M., Vincentelli R., Luscombe N. M., Hughes T. R., et al. 2013. DNA-binding specificities of human transcription factors. Cell. V. 152. P. 327.Jolma A., Yin Y., Nitta K. R., Dave K., Popov A., Taipale M., Enge M., Kivioja T., Morgunova E., Taipale J. 2015. DNA-dependent formation of transcription factor pairs alters their binding specificity. Nature. V. 527. P. 384.Kibet C. K., Machanick P. 2015. Transcription factor motif quality assessment requires systematic comparative analysis. F1000Res. V. 4: ISCB Comm J-1429.Luo Y., Fujii H., Gerster T., Roeder R. G. 1992. A novel B cell-derived coactivator potentiates the activation of immunoglobulin promoters by octamer-binding transcription factors. Cell. V. 71. P. 231.Luo Y., Roeder R. G. 1995. Cloning, functional characterization, and mechanism of action of the B-cell-specific transcriptional coactivator OCA-B. Mol. Cell Biol. V. 15. P. 4115.Meers M. P., Janssens D. H., Henikoff S. 2019. Pioneer factor-nucleosome binding events during differentiation are motif encoded. Mol. Cell. V. 75. P. 562.Reményi A., Tomilin A., Pohl E., Lins K., Philippsen A., Reinbold R., Schöler H. R., Wilmanns M. 2001. Differential dimer activities of the transcription factor Oct-1 by DNA-induced interface swapping. Mol. Cell. V. 8. P. 569.Song S., Cao C., Choukrallah M. A., Tang F., Christofori G., Kohler H., Wu F., Fodor B. D., Frederiksen M., Willis S. N., Jackson J. T., Nutt S. L., Dirnhofer S., Stadler M. B., Matthias P. 2021. OBF1 and Oct factors control the germinal center transcriptional program. Blood. V. 137. P. 2920.Strubin M., Newell J. W., Matthias P. 1995. OBF-1, a novel B cell-specific coactivator that stimulates immunoglobulin promoter activity through association with octamer-binding proteins. Cell. V. 80 P. 497.Tomilin A., Reményi A., Lins K., Bak H., Leidel S., Vriend G., Wilmanns M., Schöler H. R. 2000. Synergism with the coactivator OBF-1 (OCA-B, BOB-1) is mediated by a specific POU dimer configuration. Cell. V. 103. P. 853.Weirauch M. T., Cote A., Norel R., Annala M., Zhao Y., Riley T. R., Saez-Rodriguez J., Cokelaer T., Vedenko A., Talukder S., DREAM5 Consortium, Bussemaker H. J., Morris Q. D., Bulyk M. L., Stolovitzky G. et al. 2013. Evaluation of methods for modeling transcription factor sequence specificity. Nat. Biotechnol. V. 31. P. 126.