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Method Article
Ce protocole décrit la reconstitution de nucléosomes contenant différentiellement histones sœurs marqués d'un isotope. Dans le même temps, les nucléosomes asymétriquement modifications post-traductionnelles peuvent être générés après l'utilisation d'une copie préalablement modifiée de l'histone. Ces préparations peuvent être facilement utilisés pour étudier les mécanismes de modification de diaphonie, simultanément sur les deux histones sœurs, en utilisant la spectroscopie de RMN à haute résolution.
nucléosomes asymétriquement modifiés contiennent les deux copies d'une histone (histones sœurs) décorées avec des ensembles distincts de modifications post-traductionnelles (PTM). Ils sont nouvellement espèces identifiées par des moyens inconnus d'établissement et implications fonctionnelles. les méthodes d'analyse actuelles sont insuffisantes pour détecter l'apparition spécifique de copie de PTM sur les histones sœurs nucléosomales. Ce protocole présente une méthode biochimique pour la reconstitution in vitro de nucléosomes contenant différentiellement histones sœurs marqués d'un isotope. Le complexe généré peut être aussi asymétriquement modifié, après avoir inclus une piscine histone préalablement modifiée pendant le repliement de Subcomplexes histones. Ces préparations nucléosome asymétriques peuvent être facilement mis à réagir avec des enzymes de modification des histones pour étudier les mécanismes de diaphonie modification imposée par le PTM asymétriquement pré-incorporé en utilisant la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN). En particulier, les réactions de modification deEn temps réel peut être mis en correspondance de manière indépendante sur les deux sœurs histones en effectuant différents types d'expériences de RMN de corrélation, adaptée pour le type d'isotope concerné. Cette méthodologie fournit les moyens d'étudier les mécanismes de diaphonie qui contribuent à la formation et la propagation des modèles PTM asymétriques sur les complexes nucléosomales.
ADN eucaryote est étroitement emballés dans les noyaux des cellules en chromatine. Le bloc de construction fondamental de la chromatine est la particule de noyau nucléosome qui contient ~ 147 pb d'ADN enroulé autour d'un complexe octamérique composé de deux copies de chacun des quatre histones (H3, H4, H2A, H2B). protéines histones abritent une pléthore de modifications post-traductionnelles (PTM). Ces substitutions covalentes induisent des altérations de la structure de la chromatine, directement en affectant la physico - chimie du système et , indirectement , en recrutant des activités de remodelage de la chromatine 1, 2, 3. Par ces moyens, PTM histones contrôlent la chromatine accessibilité et, par conséquent, réguler toutes les fonctions cellulaires à base d' ADN 4.
PTM sont installés par des systèmes enzymatiques histones modifiant principalement sur les segments N-terminaux non structurées (queues) de histo noyau nucléosome incorporénda. En raison des nombreux sites de modification sur la séquence relativement courte des queues d'histones, PTM influencent mutuellement en induisant ou en bloquant les réactions de modification ultérieure, un effet connu comme modification diaphonie 5. En raison de l'architecture symétrique globale du nucléosome, des réactions de modification et les mécanismes de diaphonie ont été pensés pour produire de manière similaire sur les deux copies de chaque histone nucléosomale (histones soeurs). Ce concept a été récemment contesté et par la suite infirmée. En particulier, les dosages enzymatiques in vitro sur histones H3 libre queue peptides et sur nucléosomes ont démontré qu'un ensemble de kinases H3 introduit la phosphorylation de manière asymétrique 6. En outre, l' analyse LC-MS / MS à base d'affinité , la purification a révélé l'existence de nucléosomes asymétriquement H3 méthylée dans plusieurs types de cellules eucaryotes 7. Ainsi, nucléosomes asymétriquement modifiés constituent des espèces nouvelles, etoutils sont nécessaires pour découvrir les mécanismes qui contrôlent leur formation et d'analyser les effets de diaphonie que cette asymétrie pourrait exercer.
Communément, Western blot (WB) et la spectrométrie de masse (MS) analyse ont été utilisées pour détecter PTM histones. En dépit de son application facile, WB souffre de problèmes de spécificité / réactivité croisée. En plus de cela, il est incapable d'exécuter simultanément l' analyse multi-PTM et la quantification directe des réactions de modification 8. D'autre part, l' analyse MS emploie une instrumentation sophistiquée qui nécessite une formation de haut niveau, mais fournit une haute spécificité ainsi que la cartographie simultanée et la quantification de plusieurs PTM 9. Cependant, les deux méthodes sont perturbateurs et les complexes sont dissociés nucléosomales avant l'analyse, ce qui donne naissance à un mélange d'histones et / ou des peptides dérivés de l'histone. Cette manipulation supprime la possibilité de faire la distinction indépendanteréactions de modification qui se produisent sur chacun des deux histones sœurs et à faire rapport de l'état de modification spécifique de copie des histones nucléosomales.
Résonance magnétique (RMN) nucléaire évolué comme une méthode alternative pour cartographier les réactions PTM. La RMN est non perturbatrice et permet ainsi le suivi des événements PTM d'une manière en temps réel dans des mélanges reconstitués, et même dans des cellules intactes 10, 11. Le développement des routines pour l' acquisition rapide de données, ainsi que pour la cartographie à haute résolution sur la base 2D méthodes de corrélation hétéro-nucléaire d'échantillons marqués par des isotopes (15 N et / ou 13 C) 12 a permis l'application simultanée de différents types de PTM, par exemple comme la sérine / thréonine / phosphorylation de la tyrosine, la lysine acétylation / méthylation et l' arginine 13 méthylation. Selon le PTM sous enquête, 15 N- ou 13 C-étiquetage protocols peuvent être utilisés pour marquer le groupe fonctionnel de la protéine qui sert de rapporteur de modification. Par conséquent, la cartographie PTM peut être réalisée en suivant le déplacement de déplacement chimique caractéristique du groupe fonctionnel correspondant 'à détecter la modification de l'environnement chimique. Dans la plupart des cas, les deux groupes NH et chimiques CH peuvent être utilisés pour signaler l'évolution du PTM d'intérêt.
Le protocole actuel décrit la génération de nucléosomes contenant différentiellement histones sœurs marqués d'un isotope. Il combine la flexibilité de la spectroscopie RMN à la carte PTM utilisant à la fois 1 H- 15 N et 1 H- 13 C spectres de corrélation avec l'utilisation de protéines différentes étiquettes d'affinité pour la purification des complexes histone reconstitués sélectionnés. Notamment, le protocole utilise deux piscines différentes d'une histone particulière pour la reconstitution nucléosome. Ces piscines sont différentiellement marquée par un isotope (une avec 15 N, l'autre avec 13 C), et ils sont fondus à une polyhistidine et une étiquette d'affinité streptavidine, respectivement. Une affinité schéma de purification en tandem avec Ni-NTA et la chromatographie à base de streptavidine initialement utilisé par Voigt et al. 7 est utilisé pour purifier des espèces asymétrique de leurs homologues symétriques (figure 1A). Octamères d'histones asymétriques sont utilisées ultérieurement pour reconstituer des complexes nucléosomales équivalents (figure 1B), en utilisant la méthode de dialyse de sel norme 14. En outre, grâce à la même procédure et en ayant l'une des piscines d'histones pré-modifié, un PTM peut être incorporé de manière asymétrique sur les nucléosomes résultant. La réaction de ces substrats avec des enzymes de modification d' histone et la cartographie subséquente résonance magnétique nucléaire des événements de modification permettent la caractérisation des mécanismes de diaphonie à la fois en cis (préalablement modifié la copie histone) et en trans (unmodified copie histone) (figure 1C).
1. Reconstitution de nucléosomes avec Différentiellement Isotope marqué (et asymétriquement modifié) Soeur histones
NOTE: Le protocole actuel décrit la reconstitution de nucléosomes avec l' histone H3 différentielle marquée par un isotope. A cet effet, deux pools de l'histone H3 ont été utilisées; on était 15 N-étiquetés et contenait un 6xHis-tag à l'extrémité N-terminale et la seconde 13 C-étiqueté et contenait le peptide Strep (de WSHPQFEK) fusionnée à l'extrémité N-terminale. On a séparé les deux mots-clés de la séquence native H3 avec une Tobacco Etch Virus (TEV) site de reconnaissance de protéase. Pour préparer les nucléosomes supplémentaires asymétriquement modifiés, l'une des deux piscines H3 est inclus dans une forme préalablement modifiée. Modification préalable d'un pool d'histones peut être effectuée en faisant réagir l'histone marquée par un isotope d'intérêt avec l'enzyme histone modifiant respectivement en présence du nécessaire pour chaque type de cofacteurs de réaction / donneurs PTM 16. La mise en place efficace du PTM respectif peut être déterminée par spectroscopie RMN ou par spectrométrie de masse. Les quantités des histones / ADN utilisées ici sont des recommandations bruts afin d'obtenir une préparation de nucléosomes à une concentration approximative de 10 pm (mesurée par la concentration d'ADN à 260 nm) .Cet rendement final est suffisante pour enregistrer des spectres de RMN de bonne qualité relativement courts temps d'acquisition.
2. Analyse RMN des réactions de modification sur les deux soeurs histones
NOTE: Cession de2D 1 H- 15 N spectres de corrélation de queues d'histones nucléosomales peut être trouvé à des références 16, 17, 18. En outre, les affectations de CH x groupes de lysines, sérines et threonines sur 2D spectres de corrélation 1 H- 13 C peut être trouvé à la référence 16.
Espèces octamères correctement repliées sont isolées après une course du mélange de reconstitution à travers une colonne de filtration sur gel (Figure 2). La piscine reconstituée octamère contenant les trois types de octamères différents est soumis au régime tandem de purification par affinité. Des échantillons sont prélevés toutes les étapes et analysées par SDS-PAGE et ensuite BM. La vérification de l'exécution correcte du protocole qui aboutit ...
Pour la reconstitution du nucléosome, le protocole actuel utilise une matrice d' ADN long de 165 pb contenant la séquence de 601 Widom de positionnement 20 nucléosome, mais une performance similaire est prévu à l' aide de différentes longueurs de matrices d'ADN. Le protocole a été conçu et utilisé en utilisant des types asymétriques de l'histone H3. Avec le même principe, la méthode peut être appliquée aussi pour les autres histones et peut en outre être utilisé p...
The author has nothing to disclose.
L'auteur remercie le Dr Philipp Selenko (FMP-Berlin) pour fournir l'espace et l'infrastructure humide laboratoire pour effectuer des expériences et Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) pour financer les travaux grâce à une subvention de recherche (LI 2402 / 2-1).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Unfolding Buffer | 7M guanidinium HCl | ||
20mM Tris pH7.5 | |||
10mM DTT | |||
Refolding Buffer | 10mM Tris pH7.5 | ||
2M NaCl | |||
1mM EDTA | |||
2mM DTT | |||
Assay Buffer | 25mM NaxHxPO4 pH6.8 | ||
25mM NaCl | |||
2mM DTT | |||
Guanidinium HCl | Applichem | A14199 | Use high quality Gu-HCl |
Tris | Roth | 4855.2 | |
DTT | Applichem | A1101 | |
NaCl | VWR chemicals | 27810.364 | |
EDTA | Roth | 8043.2 | |
Na2HPO4 | Applichem | A1046 | |
NaH2PO4 | Applichem | A3902 | |
Imidazole | Applichem | A1073 | |
d-Desthiobiotin | Sigma | D1411 | |
Ni-NTA Superflow | Qiagen | 1034557 | |
Strep-Tactin Superflow | IBA | 2-1207-001 | |
His-probe antibody | Santa Cruz | sc-8036 | |
Strep-tactin conjugated HRP | IBA | 2-1502-001 | |
Hi-Load 16/600 Superdex 200pg | GE Healthcare | 28-9893-35 | |
6-8kDa dialysis membrane | Spectrumlabs | spectra/por 1, 132650 | |
50kDa dialysis membrane | Spectrumlabs | spectra/por 7, 132129 | |
10kDa centrigugal filter unit | Merck Millipore | UFC901024 | |
30kDa centrigugal filter unit | Merck Millipore | UFC903024 | |
Solution-state NMR spectrometer | at least 500 MHz operating frequency, equipped with a triple-resonance cryoprobe |
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