クロマチン複合体を変更するのプロパティをバインド一括クロマチンの分析の逐次塩抽出
Summary
クロマチン結合タンパク質のシーケンシャル塩抽出は大きい蛋白質の複合体の結合特性を決定するための便利なツールです。このメソッドは、個々 のサブユニットまたは蛋白質の複合体をクロマチンを一括の全体的な親和性でドメインの役割を評価する使用できます。
Abstract
クロマチン ターゲット蛋白質の結合特性の解明は、クロマチンの複雑な性質およびほとんどの哺乳類のクロマチン修飾錯体の異種の性質のために非常に挑戦することができます。これらのハードルを克服するために我々 は、クロマチン結合複合体の相対結合親和性を評価するためのシーケンシャル塩抽出 (SSE) アッセイを適応しています。結合 2 つ関連複合体、複合体サブユニットが失われたまたは個々 のドメインを無効にするとときの親和性の変化、変化の親和性の差を評価する非専門家によるこの簡単でわかりやすい分析を使用できます。親和性クロマチンの風景に変更しました。順番に塩の量を増やすことで一括クロマチン再懸濁、クロマチンから特定のタンパク質の溶出プロファイルできたら。これらのプロファイルを使用して、我々 はクロマチン修飾複合体の変化やクロマチン環境に変更が結合の相互作用に与える影響を確認することができます。他のin vitroとin vivoアッセイと SSE をカップリング、個々 のドメインとクロマチン環境の様々 な複合体の機能タンパク質の役割を判断できます。
Introduction
真核細胞における DNA の規制は、細胞内および細胞外刺激に対する応答を調整するタンパク質の品揃えによってしっかりと制御されている複雑で高度なシステムです。DNA がヒストン octamers フォーム ヌクレオソーム DNA に沿って分布やタイトなコイル1に圧縮する疎にラップされました。DNA とヒストンのこの構造の配置は、クロマチン、読み取り、書き込み、およびヒストン2ポスト並進変更 (PTM) を消去するタンパク質のネットワークによって規制されていると呼ばれます。アセチル化などいくつかのヒストン Ptm、ヒストンと DNA の2間の相互作用を変更することで、沈殿するアミノ酸の料金を変更します。また、ヒストン Ptm は転写制御因子、クロマチンの remodelers、DNA 損傷修復機構とゲノム3の特定の領域に DNA 複製機械を採用になります。
クロマチンの相互作用を研究するためのほとんどのメソッドは小規模な相互作用プローブまたは大規模なゲノムワイドな解析を含みます。結合試験体外はしばしば電気泳動の移動性シフト試金 (EMSA)、等温滴定型熱量測定、蛍光偏光、ペプチド プルダウンなどのアッセイのヒストン ペプチドや DNA と個々 の遺伝子組換えドメインを利用します。これらの試金は通常個々 のタンパク質ドメインに焦点を当てる、彼らは、パズルの小さなピースの理解を容易にするが、多蛋白質の役割ではおろか、マルチ ドメイン蛋白質の共同の性質を理解する私たちを許可して複合体。ほとんどの哺乳類のクロマチン修飾錯体の異種合成による複雑さの別の層が追加されます。この蛋白質の不均一性クロマチン風景の動的な性質との組み合わせで難しく、体内へのバインド クロマチン蛋白質の相互作用クロマチン体外を要約します。
生体内での方法を行った進歩;ただし、彼らはしばしば高価な時間のかかる作業、技術的に困難です。4の大幅な最適化が必要ですしかし、クロマチン免疫沈降 (チップ seq) を配列することによって続いて、遺伝子、ヒストン修飾とタンパク質の局在を決定するため便利です。タンパク質が多い相互作用; を維持するクロマチンへの架橋しかし、これは人工の相互作用を作り出すことができる、5をマスキング エピトープを引き起こす可能性があります。さらに、特異性の高い抗体や DNA のせん断とチップ qPCR が頻繁に利用可能な事前既知のバインディングのサイトを使用して IP 条件の大規模な最適化 immunoprecipitations (IP) が必要です。チップの条件の最適化後、試料の加工は高価とシーケンス分析して数ヶ月に数週間が必要です。この方法は貴重なクロマチンの局在を特定するためゲノム、コストの間で蛋白質をバインドおよび時間のコミットメントでは、小さな変化が大域結合特性に与える影響についての仮説を生成するこのメソッドを使用する法外です.
本稿で我々 は逐次塩抽出 (SSE) 試金を使用してクロマチン結合蛋白質の大域結合プロファイルを確認し、蛋白質、複雑なまたはグローバル PTM のプロファイルに変更することができます相互作用を変更する方法を区別する方法について説明します。塩抽出の一般的に、広く使用されている手法ですが、この逐次法が高い再現性で汎用性の高い方法を示す.SSE の複雑なまたは単一のドメインも 1 つサブユニットが一括クロマチン複合体の全体的な親和性に貢献する方法を特徴付けることができます。蛋白質の結合はヒストン マーク ターゲット チップ seq と他のゲノム広い調査を使用して確認することができます興味深い仮説を提供するクロマチン環境の変化によって影響がかどうかを決定するため、SSE を使用もできます。
我々 はもともとこのメソッドから Wu et al., Polybromo1 の機能を調べるため、適応 (PBRM1) PBAF クロマチン remodeler6、7の結合に。この手法を使用すると、我々 は複雑な改造 PBAF クロマチン内クロマチンの結合のための PBRM1 の役割を決定、[この関数7六つの個人 bromodomains の相対的な寄与を決定します。
ここで化学剤によるクロマチンからタンパク質の変位を確認する似たようなクロマチン複合体の変更の相対結合親和性を評価するために、異なったセルタイプにクロマチンの結合を探索するこのメソッドを最適化する方法について説明し、クロマチンの風景に変更後のクロマチンの結合の効果を決定します。
Protocol
Representative Results
Discussion
塩の抽出でタンパク質とクロマチンの相互作用の評価は何十年も14,15; に採用されている一般的な方法ただし、それが最適化されていない体系的にする前に、フル ・ ユーティリィティを明らかにします。このフレームシーケンシャル方式が蛋白質または環境が変更されるとき、クロマチンの結合の変化を区別するために迅速かつ安価な方法を提供?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
癌のこの作品 V 学者賞 (V2014 ~ 004) と V 学者プラス賞 (D2016-030) V がん研究財団と、アメリカがん社会制度研究助成 (ACS IRG グラント 58 006 53) からパデュー大学中心に支えられ研究。E. g. p. は、Borch 大学院基金賞パデュー大学医薬品化学および分子薬理部によって支えられました。
Materials
| Sodium Chloride, Crystal 2.5 Kg AR (ACS) | Avantor/Macron | 7581-06 | |
| Sucrose, Crystal 500 G AR¨ (ACS) | Avantor/Macron | 8360-04 | |
| Potassium Chloride, Granular 500 G AR¨ (ACS) | Avantor/Macron | 6858-04 | |
| Trizma(R) base,Primary Standard and Buffer, >=99.9% (titration), crystalline | Sigma-Aldrich | T1503-1kg | |
| EDTA (Ethylenedinitrilo) Tetraacetic Acid, Disodium Salt, Dihydrate 125 G AR (ACS) | Avantor/Macron | 4931-02 | |
| NONIDET P-40 SUBSTRATE, 100mL UN3082 | Amresco | E109-100ML | |
| HEPES Buffer Solution (1M) | Gibco | 15630-080 | |
| Magnesium Chloride, 6-Hydrate, Crystal 500 G AR¨ (ACS) | Avantor/Macron | 5958-04 | |
| GLYCEROL, 1L | Amresco | 0854-1L | |
| DEOXYCHOLIC ACID SODIUM SALT, 100g | Amresco | 0613-100G | |
| Eppendorf Research plus pipette | Fisher Scientific | 13-690-032 | |
| Eppendorf 5424 R refrigerated microcentrifuge | Eppendorf | 5424 R | |
| Secondary mouse IgG HRP-linked | Cell Signaling | 7076 | |
| Secondary rabbit IgG HRP-linked | Cell Signaling | 7074 | |
| BMI-1 antibody | Millipore | ||
| PBRM1 antibody | Bethyl | A301-591A | |
| ARID1a antibody | Santa Cruz | sc-32761 | |
| BRD4 antibody | Bethyl | A301-9852a | |
| (+) JQ1 | Cayman Chemical Company | 11187 | |
| SAHA | Cayman Chemical Company | 10009929 | |
| Doxorubicin | AK Scientific | 25316-40-9 | |
| Dimethyl Sulfoxide (DMSO) | Macron | 4948-02 | |
| Mini Trans-Blot Cell | BioRad | 1703930 | |
| Mini Gel Tank | ThermoFisher | A25977 | |
| Albumin, Bovine (BSA) | Amresco | 0332-100g | Used in as a 5% solution in PBS-T as blocking solution for Western blots |
| Bolt MOPS SDS Running Buffer (20x) | Life Technologies | B0001 | |
| Bolt LDS Sample Buffer (4x) | Life Technologies | B0007 | |
| PageRuler Plus Prestained Protein Ladder, 10 to 250 kDa | ThermoFisher | 26619 | |
| Methyl Alcohol, Anhydrous | Macron | 3041-10 | |
| Trypsin kEDTA, 1X | Cellgro | 25-053-CI | |
| SODIUM AZIDE, 250g UN1687 | Amresco | 0639-250G | |
| SODIUM DODECYL SULFATE (SDS)500g UN1325 | Amresco | 0227-500G | |
| Glycine,for electrophoresis, >=99% | Sigma-Aldrich | G8898-1kg | |
| BigTop Microcentrifuge Tubes, Polypropylene | VWR | 20170-333 | |
| 1000 µL Pipet Tips | VWR | 83007-382 | |
| NuPAGE Bis-Tris Precast Gels 4-12% | Invitrogen | NW04125BOX | |
| Leupeptin Hemisulfate, 5 MG | RPI Research Products | 22035-0.005 | Used for Protease inhibitor solution. |
| APROTININ, 10 MG | RPI Research Products | 20550-0.01 | Used for Protease inhibitor solution. |
| PEPSTATIN A, 5 MG | RPI Research Products | 30100-0.005 | Used for Protease inhibitor solution. |
| OVCA429 cells | Gift from Karen Cowden Dahl. Ph.D. | ||
| HEK293T | ATCC | CRL-3216 | |
| HeLa cells | ATCC | CCL-2 | |
| McCoy's 5A media | Corning Mediatech | 10-050-CV | |
| DMEM | Corning Mediatech | 10-013-CV | |
| Minimum Essential Medium (MEM), Powder | Corning Mediatech | 50-011-PC | |
| MEM NEAA (100X) non-essential amino acid | Gibco | 11140-050 | |
| FB-11: Fetal Bovine Serum, U.S. Source | Omega Scientific | FB-11 | |
| Penicillin-Streptomycin Solution | Life Technologies | 15140-122 | |
| Glutamax | Life Technologies | 35050-061 | |
| sodium pyruvate | Life Technologies | 11360070 | |
| VWR Power Source | VWR | 13-690-032 |
References
- Ramakrishnan, V. Histone structure and the organization of the nucleosome. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 26, 83-112 (1997).
- Bannister, A. J., Kouzarides, T. Regulation of chromatin by histone modifications. Cell Rese. 21 (3), 381-395 (2011).
- Musselman, C. A., Lalonde, M. -. E., Côté, J., Kutateladze, T. G. Perceiving the epigenetic landscape through histone readers. Nat Struct Mol Biol. 19 (12), 1218-1227 (2012).
- Furey, T. S. ChIP-seq and beyond: new and improved methodologies to detect and characterize protein-DNA interactions. Nat Rev Genet. 13 (12), 840-852 (2012).
- Skene, P. J., Henikoff, S. An efficient targeted nuclease strategy for high-resolution mapping of DNA binding sites. eLife. 6, (2017).
- Wu, S. Y., Lee, A. Y., Lai, H. T., Zhang, H., Chiang, C. M. Phospho switch triggers brd4 chromatin binding and activator recruitment for gene-specific targeting. Mol Cell. 49 (5), 843-857 (2013).
- Porter, E. G., Dykhuizen, E. C. Individual bromodomains of Polybromo-1 contribute to chromatin association and tumor suppression in clear cell renal carcinoma. J Biol Chem. 292 (7), 2601-2610 (2017).
- Kerppola, T. K. Polycomb group complexes–many combinations, many functions. Trends cell biol. 19 (12), 692-704 (2009).
- Filippakopoulos, P., et al. Selective inhibition of BET bromodomains. Nature. 468 (7327), 1067-1073 (2010).
- Filippakopoulos, P., et al. Histone recognition and large-scale structural analysis of the human bromodomain family. Cell. 149 (1), 214-231 (2012).
- Sanchez, R., Zhou, M. -. M. The role of human bromodomains in chromatin biology and gene transcription. Curr opin drug disc dev. 12 (5), 659-665 (2009).
- Yang, F., Teves, S. S., Kemp, C. J., Henikoff, S. Doxorubicin, DNA torsion, and chromatin dynamics. Biochim. Biophys. Acta – Rev Cancer. 1845 (1), 84-89 (2014).
- Kakarougkas, A., et al. Requirement for PBAF in Transcriptional Repression and Repair at DNA Breaks in Actively Transcribed Regions of Chromatin. Mol Cell. 55 (5), 723-732 (2014).
- Lee, S. Y., Park, J. -. H., Kim, S., Park, E. -. J., Yun, Y., Kwon, J. A proteomics approach for the identification of nucleophosmin and heterogeneous nuclear ribonucleoprotein C1/C2 as chromatin-binding proteins in response to DNA double-strand breaks. Biochem J. 388 (Pt 1), (2005).
- Donaldson, M. M., Boner, W., Morgan, I. M. TopBP1 Regulates Human Papillomavirus Type 16 E2 Interaction with Chromatin. J Virol. 81 (8), 4338-4342 (2007).
