在許多的細胞生命活動中，例如DNA復制、mRNA轉錄與修飾以及病毒的感染等都涉及到DNA與蛋白質之間的相互作用的問題。重組DNA技術的發展，人們已分離到了許多重要的基因。現在的關鍵問題是需要揭示環境因子及發育信號究竟是如何控制基因的轉錄活性。為此需要：a、鑒定分析參與基因表達調控的DNA元件；b、分離並鑒定這些順式元件特異性結合的蛋白質因子；這些問題的研究都涉及到DNA與蛋白質之間的相互作用。
研究DNA-蛋白質相互作用的實驗方法主要包括：a、凝膠阻滯實驗； b、DNase 1 足跡實驗；c、甲基化干擾實驗； d、體內足跡實驗； f、拉下實驗。研究蛋白質/ 核酸相互作用近期採用的新技術有：核酸適體技術、生物信息學方法、蛋白質晶元技術以及納米技術等。
凝膠阻滯實驗
1、概念：
凝膠阻滯實驗（Gel retardation assay），要叫做DNA遷移率變動試驗（DNA mobility shift assay）或條帶阻滯實驗（Band retardation assay）是在八十年代初期出現的用於在體外研究DNA與蛋白質相互作用的一種特殊的凝膠電泳技術。
2、原理：
在凝膠電泳中，由於電場的作用，裸露的DNA分子向正電極移動距離的大小是同其分子量的對數成反比。如果某種DNA分子結合上一種特殊的蛋白質，那麼由於分子量的加大它在凝膠中的遷移作用便會受到阻滯，於是朝正極移動的距離也就相應的縮短，因而在凝膠中出現滯後的條帶，這就是凝膠阻滯實驗的基本原理。
3、過程:
首先制備細胞蛋白質提取物（理論上其中含有某種特殊的轉錄因子）
用放射性同位素標記待檢測的DNA片段（含有轉錄因子的結合位點）
這種被標記的探針DNA同細胞蛋白質提取物一起進行溫育，於是產生DNA-蛋白質復合物
在控制使DNA-蛋白質保持結合狀態的條件下，進行非變性聚丙烯醯胺凝膠電泳
最後進行放射自顯影，分析電泳結果
4、實驗結果的分析：
a、如果有放射性標記的條帶都集中於凝膠的底部，這就表明在細胞提取物中不存在可以同探針DNA相互結合的轉錄因子蛋白質；
b、如果在凝膠的頂部出現放射性標記的條帶，這就表明細胞提取物存在可與探針DNA結合的轉錄因子蛋白質。
5、DNA競爭實驗：
DNA競爭實驗（DNA competitive assay）的具體做法如下：
在DNA-蛋白質結合的反應體系中加入了超量的非標記的競爭DNA（competitor DNA），如果它同探針DNA結合的是同一種轉錄因子蛋白質，那麼由於競爭DNA與探針DNA相比是極大超量的，這樣絕大部分轉錄因子蛋白質都會被競爭結合掉，而使探針DNA仍然處於自由的非結合狀態，可以在電泳凝膠的放射自顯影圖片上就不會出現阻滯的條帶；
如果反應體系中加入的競爭DNA並不能同探針DNA競爭結合同一種轉錄因子，結果在電泳凝膠中的放射自顯影圖片上就會出現阻滯的條帶。
6、應用：
a、凝膠阻滯實驗可以用於鑒定在特殊類型細胞蛋白質提取物中，是否存在能同某一特定的DNA（含有轉錄因子結合位點）結合的轉錄因子蛋白質；
b、DNA競爭實驗可以用來檢測轉錄因子蛋白質同DNA結合的精確序列部位；
c、通過競爭DNA中轉錄因子結合位點的鹼基突變可以研究此種突變競爭性能及其轉錄因子結合作用的影響；
d、也可以利用DNA同特定轉錄因子的結合作用通過親和層析來分離特定的轉錄因子。
DNaseI足跡實驗
1、定義:
足跡實驗（foot-printing assay），是一種用來檢測被特定轉錄因子蛋白質特異性結合的DNA序列的位置及其核苷酸序列結構的專門實驗方法。
2、原理：
當DNA分子中的某一區段同特異的轉錄因子結合之後便可以得到保護而免受DNaseI 酶的切割作用，而不會產生出相應的切割分子，結果在凝膠電泳放射性自顯影圖片上便出現了一個空白區，俗稱為「足跡」。
3過程：
將待檢測的雙鏈DNA分子在體外用32P作5『末端標記，並用適當的限制性內切酶切出其中的一個末端，於是便得到了一條單鏈末端標記的雙鏈DNA
在體外同細胞蛋白質提取物（細胞核提取物也可以）混合，形成DNA-蛋白質復合體
在反應混合物中加入少量的DNase I,並控制用量使之達到平均每條DNA鏈，只發生一次磷酸二酯鍵的斷裂：
a、如果蛋白質提取物中不存在與DNA結合的特定蛋白質，使DNase I消化之後，便會產生出距離放射性標記末端1個核苷酸，2個核苷酸，3個核苷酸------等等一系列前後長度均相差一個核苷酸的不間斷的連續的DNA片段梯度群體；
b、如果DNA分子同蛋白質提取物中的某種轉錄因子結合，被結合部位的DNA就可以得到保護免受DNase I酶的降解作用；
除去蛋白，加樣在20%序列膠上進行電泳分離，實驗分兩組:
a、實驗組：DNA+蛋白質混合物
b、對照組：只有DNA，未與蛋白質提取物進行溫育
最後進行放射性自顯影，分析實驗結果。
4、結果判斷:
實驗組凝膠電泳顯示的序列，出現空白的區域表明是轉錄因子蛋白質結合部；與對照組序列比較，便可以得出蛋白質結合部位的DNA區段相應的核苷酸序列。
5、其他的足跡實驗方法：
除了DNase1足跡試驗之外，目前還發展出了若干種其他類型的足跡實驗，例如：
a、 自由羥基足跡實驗；b、菲咯啉銅足跡實驗；c、DMS(硫酸二甲酯)足跡實驗
DMS(硫酸二甲酯)足跡實驗的原理
DMS能夠使DNA分子中裸露的鳥嘌呤（G）殘基甲基化，而六氫吡啶又會對甲基化的G殘基作特異性的化學切割。如果DNA分子中某一區段同轉錄因子結合，就可以避免發生G殘基的甲基化而免受六氫吡啶的切割作用。
甲基化干擾實驗
1、概念：
甲基化干擾實驗（Methylation interference assay）是根據DMS（硫酸二甲酯）能夠使DNA分子中裸露的鳥嘌呤（G）殘基甲基化，而六氫吡啶又會對甲基化的G殘基作特異性的化學切割這一原理設計的另一種研究蛋白質同DNA相互作用的實驗方法。
應用這種技術可以檢測靶DNA中G殘基的優先甲基化，對爾後的蛋白質結合作用究竟會有什麼效應，從而更加詳細的揭示出DNA與蛋白質相互作用的模式。
2、實驗步驟：
用DMS處理靶DNA使之局部甲基化（平均每條DNA只發生一個G鹼基甲基化作用）
同細胞蛋白質提取物一起進行溫育，促進使DNA與蛋白質的結合
進行凝膠電泳形成兩種靶DNA條帶：
a、 其一沒有同蛋白質結合的DNA正常電泳條帶
b、其二同特異蛋白質結合而呈現滯後的DNA電泳條帶
將這兩種DNA電泳條帶分別從凝膠中切出，並用六氫吡啶進行切割，結果為：
a)、甲基化的G殘基被切割:因為轉錄因子蛋白質只能夠同未發生甲基化的正常的結合位點結合，所以在轉錄因子DNA結合位點序列中的G殘基如果被DMS甲基化之後，轉錄因子就無法同其結合位點（順式元件）發生結合作用，從而使得結合位點中的G殘基同樣也要被六氫吡啶切割；
b)、不具有甲基化G殘基的靶DNA 序列則不會被切割
將結合蛋白質的DNA條帶和不結合蛋白質的DNA條帶，經六氫吡啶切割作用之後，再進行凝膠電泳
作放射自顯影，讀片並分析結果
3、結果判斷：
a、同轉錄因子蛋白質結合的靶DNA序列，經六氫吡啶切割之後，電泳分離呈現兩條帶，有一個空白區
b、不同轉錄因子蛋白質結合的靶DNA序列，經六氫吡啶切割後，電泳分離呈現三條帶，沒有空白區域的出現。
4、應用：
a、甲基化干擾實驗可以用來研究轉錄因子與DNA結合位點中的G殘基之間的聯系；
b、是足跡實驗的一種有效的補充手段，可以鑒定足跡實驗中DNA與蛋白質相互作用的精確位置
5、缺點：
DMS只能使DNA序列中的G和A殘基甲基化，而不能使T和C殘基甲基化。
體內足跡實驗
上面討論的三種研究轉錄因子與DNA相互作用的方法，有一個共同的不足之處在於它們是在體外進行的實驗，因此人們就會考慮這些實驗結果是否能夠反映細胞內發生的真實生命過程，即細胞內發生的真實的DNA與蛋白質的相互作用情況。
為了解答這個問題，科學家就設計出了一種體內足跡試驗（in vivo foot-printing assay），該方法可以看做是體外DMS足跡實驗的一個變種。
1、原理：
體內足跡試驗的原理原則上同體外DMS足跡實驗無本質差別，即
a、DMS能夠使G殘基甲基化；
b、六氫吡啶能特異的切割甲基化的G殘基；
c、同特異轉錄因子蛋白質結合的識別序列中的G殘基由於受到蛋白質的保護而不會被DMS甲基化，於是不會被六氫吡啶切割；
d、同對照的裸露的DNA形成的序列梯作比較，就會發現活細胞DNA形成的序列梯中缺少G殘基沒有被切割的相應條帶。
2、過程：
用有限數量的化學試劑DMS處理完整的游離細胞，使滲透到胞內的DMS濃度恰好導致天然染色體DNA的G殘基發生甲基化
對這些經過DMS處理的細胞提取DNA，並在體外加入六氫吡啶作消化反應
PCR擴增後作凝膠電泳分析，因為在體外實驗中用的是克隆的DNA片段其數量足夠，而在體內足跡實驗中用的是從染色體DNA中分離獲得的任何一種特異的DNA，其數量是微不足道的，所以需要經PCR擴增以獲得足夠數量的特異DNA
放射自顯影，讀片並記錄讀片的結果
3、結果判斷：
a、能夠同轉錄因子蛋白質結合的DNA區段其中G殘基受到保護因而不會被DMS甲基化避免了六氫吡啶的切割作用；
b、體外裸露的DNA分子上，G殘基被DMS甲基化而被六氫吡啶切割。
拉下實驗（Pull-down assay）
拉下實驗又叫做蛋白質體外結合實驗（binding assay in vitro），是一種在試管中檢測蛋白質之間相互作用的方法。其基本原理是將某種小肽（例如生物素、6-His標簽以及谷胱甘肽轉移酶等）的編碼基因與誘餌蛋白的編碼基因重組，表達為融合蛋白。分離純化融合蛋白並與磁珠結合，使之固相化之後，再與表達目的蛋白的細胞提取物混合保溫適當時間，例如在4℃下保溫過夜，使目標蛋白同已經固定在磁珠表面的融合蛋白中的誘餌蛋白充分的結合。離心收集與固定化的融合蛋白（即與磁珠相互結合的融合蛋白）中的誘餌蛋白相結合的目的蛋白，經過煮沸處理使目的蛋白與誘餌蛋白相脫離從而從固相支持物（例如磁珠）上脫離下來，收集樣品，再與目標蛋白的抗體作Western blotting分析，以檢測出與誘餌蛋白的目標的目標蛋白。
一些新的研究蛋白質/ 核酸相互作用的方法和技術，主要從核酸適體技術、生物信息學方法、蛋白質晶元技術以及納米技術等方面進行綜述。
核酸適體技術
核酸適體(aptamer)指的是經過一種新的體外篩選技術——指數富集配體系統進化(systematic evolution of ligands by exponential enrichment，SELEX)，從隨機單鏈寡聚核苷酸文庫中得到的能特異結合蛋白質或其他小分子物質的單鏈寡聚核苷酸，可以是RNA 也可以是DNA，長度一般為25~60 個核苷酸。SELEX 的篩選流程首先是利用現有的分子生物學技術人工合成一個含有1014~1015 個單鏈寡核苷酸序列的隨機文庫，序列長度往往在25~35 個核苷酸之間，單鏈的隨機寡核苷酸序列容易形成可與蛋白質等配體特異性共價結合的二級結構，在這一高親和力特異性結合的基礎之上配體蛋白質同隨機文庫相互作用，選擇性分離出核酸適體後，然後通過PCR或RT-PCR 等技術進行擴增。次一級文庫再與配體蛋白質相互作用，反復多次循環，即可獲得與配體蛋白質特異性高親和力結合的核酸適體。核酸適體與配體間的親合力(解離常數在皮摩和納摩之間)常要強於抗原抗體之間的親合力[3]。核酸適體所結合的靶分子范圍非常廣泛，除蛋白質之外，還能作用於酶、生長因子、抗體、基因調節因子、細胞黏附分子、植物凝集素、完整的病毒顆粒、病原菌等[4]。適體從20 世紀90 年代初出現以後，就得到了科研工作者的廣泛關注，適體的研究工作得到了快速的發展。SELEX 篩選技術和核酸適體的高親和性在蛋白質/ 核酸相互作用的研究中發揮了重要的作用。Wen等[5]研究了同細菌噬菌體Ff 基因5蛋白(g5p) 高親和力結合的核酸適體，發現G 富集基序對於形成g5p 連接啟動子結構，提供實際的g5p 連接位點具有重要的意義。White 等[6]利用SELEX 技術研究了一種PUM2HD (短小桿菌素同源結構域)及其RNA 核酸適體，發現在PUM2 氨基端有Ser和Glu/Ala富集區，並且PEB ( PUM2 連接元件)與果蠅反應元件的3'端具有親緣關系，但又互不相同。Bouvent等[7]利用NRE(核仁蛋白識別元件) 發現了RNA 莖環上的RBD1 和RBD2 (折疊元件結構域)，這對了解模式蛋白識別RNA 的結構過程具有重要意義。核酸適體以及SELEX 技術給蛋白質/ 核酸相互作用研究提供了一種新穎的研究方法，科研人員可以控制篩選條件得到與待研究蛋白質相互結合的核酸適體，避免了天然條件下研究蛋白質/ 核酸相互作用的困難性。但目前對核酸適體與靶蛋白相互作用的分析是在篩選條件與天然條件相同的假設基礎上進行的，在這種篩選條件下得到的核酸適體與蛋白質之間的相互作用，和天然狀態下的蛋白質/ 核酸之間的相互作用到底有何異同，這是一個亟待解決的問題，此問題的解決必將推動蛋白質/ 核酸相互作用的研究進展。
生物信息學方法
生物信息學是在生命科學的研究中，以計算機為工具對生物信息進行儲存、檢索和分析的科學。它包含著生物信息的獲取、處理、存儲、分配、分析和解釋的所有方面。具體地說，生物信息學是用數理和信息科學的觀點、理論和方法去研究生命現象，組織和分析呈現指數增長的生物學數據的一門學科。Luscombe和Thornton[8]利用氨基酸序列的保守性構建計算機演算法來預測蛋白質/DNA復合體中DNA的結合位點。Selvaraj等[9]將蛋白質/核酸復合體中原子電荷勢能作為訓練數據集，利用人工智慧技術來預測蛋白質對DNA 的識別位點。Ahmad 等[10]將蛋白質的序列組成、可溶解性以及二級結構等信息數據用人工神經網路演算法進行訓練，構建了在線蛋白質/ 核酸結合預測技術，預測成功率達到了69%。此後Ahmad 和Sarai[11]將此技術進一步加強，在訓練人工神經網路時加入了蛋白質進化關系的信息，使預測成功率提高了8.7%。目前建立在蛋白質/ 核酸相互作用基礎上的較重要的資料庫為蛋白質- 核酸識別資料庫(http://gibk26.bse.kyutech.ac.jp/jouhou/3dinsight/recognition.html)，利用該資料庫能幫助研究者了解核酸被蛋白質識別的機制。該資料庫包括以下幾個組成部分。
2.1蛋白質-核酸復合物資料庫蛋白質-核酸復合物資料庫是一個包含蛋白質- 核酸復合物結構數據的資料庫。這些數據根據蛋白質的識別序列和復合物中DNA 形式進行分類。使用者可以通過關鍵詞、識別序列、D N A 形式等進行搜索，並且搜索結果可以直接鏈接到3DinSight資料庫(在此處，可以通過三維結構瀏覽器，如RasMol 或者VRML 查看含有序列位點和突變位點的三維結構圖)。該資料庫也能讓使用者檢測依賴於序列的構象參數和DNA 的柔韌性，並以圖表形式顯示結果。
2.2核苷酸-氨基酸相互作用資料庫核苷酸-氨基酸相互作用資料庫搜集核苷酸和氨基酸間4 埃大小內的成對原子，能讓使用者找到成對的核苷酸和氨基酸。使用者可以指定殘基名稱( 核苷酸或氨基酸)、原子類型和側鏈/ 骨幹。搜索後，帶有距離值的所有原子對將被顯示。搜索可直接鏈接到3DinSight 資料庫，以RasMol 圖片形式自動地突出展示復合物結構中所有原子對。使用者可以檢測到每個結構中核苷酸和氨基酸的特別相互作用。
2.3蛋白質-核酸相互作用的熱力學資料庫(ProNIT)
蛋白質- 核酸相互作用的熱力學資料庫包含有序列、結構和一些熱力學參量(如分裂常數、結合常數、吉布斯自由能的轉換、焓和熱容量、活性)等信息。該資料庫允許使用者用不同條件(多種分類和顯示選項)搜索數據。此外，ProNIT 超鏈接於其他重要的資料庫，如PDB、核酸資料庫NDB 、酶代碼EC、蛋白質信息資源PIR 和ProTherm 等等。當前，在分子生物學和信息科學快速發展的影響下，生物信息學已經成為生物領域的指導科學，利用生物信息學方法研究蛋白質/核酸相互作用可以大大縮短研究工作的時間，達到事半功倍的效果。但受限於當前計算科學和演算法領域的發展情況，生物信息學得到的結果與實際的結果還存在一定的偏差，仍需開展進一步的實驗工作來進行驗證。
生物晶元技術
生物晶元技術是基於生物大分子間相互作用的大規模並行分析方法，使得生命科學研究中所涉及的樣品反應、檢測、分析等過程得以連續化、集成化和微型化，現已成為當今生命科學研究領域發展最快的技術之一。目前的生物晶元主要有核酸晶元、蛋白質晶元和糖體晶元等幾大類。蛋白質晶元是依靠手工、壓印或噴墨的方法將探針蛋白點樣在化學膜、凝膠、微孔板或玻片上形成陣列，經過與樣品的雜交捕獲靶蛋白，再用原子力顯微鏡、磷光成像儀、光密度儀或激光共聚焦掃描儀進行檢測，獲得靶蛋白表達的種類、數量及關聯等信息。蛋白質晶元已經廣泛用於研究蛋白質與核酸的相互作用，已成為一種進行高通量蛋白質與DNA 或RNA作用篩選的有效方法。Ge[12]運用蛋白質晶元檢測蛋白質與核酸相互作用，他將包括通用轉錄因子、激活蛋白和輔激活蛋白在內的48種純化蛋白質點樣在硝酸纖維素膜製成通用蛋白質晶元，用腺病毒主要晚期啟動子64 bp 雙鏈DNA 片段、腺病毒主要晚期啟動子64 bp 負鏈DNA 和SV40 早期前體mRNA 雜交，結果證明蛋白質晶元上的所有蛋白質都能夠不同程度地特異性識別和結合雙鏈和單鏈寡核苷酸片段，並且結合雙鏈DNA 和單鏈DNA 的總體模式基本相同，說明大多數D N A 結合蛋白既能和雙鏈DNA 結合，也能夠和單鏈DNA 結合。蛋白質晶元與RNA 的作用研究表明，蛋白質晶元能夠成功地分析RNA 與蛋白質間的識別性結合。蛋白質晶元技術最大優點在於快速和高通量，以往科研人員作研究時一次只能研究少量生物樣品，藉助蛋白質晶元，一次實驗可同時研究大量生物樣本，加速了蛋白質/ 核酸相互作用的研究。蛋白質晶元技術目前存在的問題有：(1)蛋白質晶元在製作過程中實驗條件發生微小的變化便可能引起最後結果的不同，實驗條件不易控制，使得實驗結果的可重復性相對不足；(2) 目前用於蛋白質晶元制備的固相介質，如化學膜、凝膠和玻片都存在一些缺點，蛋白質在固相基質表面的固定往往會造成其解折疊，從而失去生物活性；(3)對結果的掃描、去除背景、數據處理等，目前還不能做得很完美，會導致假陽性、假陰性的存在。
納米技術
納米技術(nano scale technology) 是一門在0.1~100nm 空間尺度內操縱原子和分子，對材料進行加工、製造具有特定功能的產品、或對某物質進行研究，掌握其原子和分子的運動規律和特性的嶄新高技術學科。核酸和蛋白質等生物大分子的大小也是在納米尺度，隨著科學技術的快速發展，越來越多的納米技術被用來研究生物大分子。在蛋白質/ 核酸相互作用的研究工作中，目前使用較新的技術是利用納米孔技術來進行研究。納米孔(nanopore)，可以簡單地定義為內徑為1~100nm 的微小洞孔，一般孔徑應大於洞孔深度，或者處於同一量級。如果孔的深度遠大於孔徑，就稱之為納米孔道。納米孔有天然存在的生物納米孔，也有人工加工的納米孔。它們都可以用來進行生命科學的相關研究，但是，理想的生物化學或生物物理研究應採用孔徑穩定、堅固耐用、物化性能良好的固體納米孔，這樣的納米孔應該由質地堅硬的固體薄膜材料加工製作。Li等[16]利用聚焦離子束(FIB)製作納米孔，利用納米孔將雙螺旋DNA 從組蛋白八聚體上剝離下來，並探測這一過程，從而可以揭示核小體中包含的許多生物化學、物理信息。這是由於處於電場中的核小體在電場的作用下，DNA 分子穿越納米孔，同時由於納米孔的阻擋力，使組蛋白不能穿越，從而誘使DNA 從組蛋白八聚體上分離下來。通過准確檢測DNA 分子穿孔過程中引起的電流阻塞效應，可將DNA 與組蛋白的相互作用的一些性質反映出來。目前已經取得了階段性的成果。在納米尺度上研究核酸與蛋白質相互作用，相較於其他的研究方法，優點是能夠在生物活性環境中，保持生物大分子受到最少化學修飾干擾的狀態下，對生物大分子的空間結構、動態變化、生化特性等進行直接研究。相信該技術可以提供更多、更詳細的生物大分子相互作用、蛋白質功能等方面的信息，幫助我們解決一些深層次的生物學疑難問題。目前阻礙此方法廣泛應用的一個最大難題是如何在納米尺度上更好的操縱生物大分子，這需要生物科學、電子科學、材料科學等多學科的共同進展來推動此方法的發展和應用。