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Method Article
Les inhibiteurs de l’hétone acétyltransférases (HATs, également connu sous le nom d’acétyltransférases de lysine), tels que CBP/p300, sont des traitements potentiels pour traiter le cancer. Cependant, des méthodes rigoureuses pour valider ces inhibiteurs sont nécessaires. Trois méthodes in vitro pour la validation incluent des essais de HAT avec des acétyltransférases recombinantes, l’immunoblotting pour l’acétylation d’histone dans la culture cellulaire, et ChIP-qPCR.
Les acétyltransférases de lysine (KATs) catalysent l’acétylation des résidus de lysine sur les histones et d’autres protéines pour réguler la dynamique de la chromatine et l’expression des gènes. KaTs, tels que CBP/p300, font l’objet d’une étude intense en tant que cibles thérapeutiques en raison de leur rôle critique dans la tumeur de divers cancers. Le développement de nouveaux inhibiteurs de petites molécules ciblant la fonction d’acétyltransférase histone (HAT) des KAT est difficile et nécessite des essais robustes qui peuvent valider la spécificité et la puissance des inhibiteurs potentiels.
Cet article décrit un pipeline de trois méthodes qui fournissent une validation in vitro rigoureuse pour les nouveaux inhibiteurs de la HAT (HATi). Ces méthodes incluent un test hat de tube d’essai, l’essai d’inhibition d’hyperacétylation de chromatine (ChHAI), et le PCR immunoprécipitation-quantitative de chromatine (ChIP-qPCR). Dans l’essai hat, les HAT recombinants sont incubés avec des histones dans une réaction de tube à essai, permettant l’acétylation des résidus spécifiques de lysine sur les queues d’histone. Cette réaction peut être bloquée par un HATi et les niveaux relatifs d’acétylation d’histone spécifique au site peuvent être mesurés par immunoblotting. Les inhibiteurs identifiés dans l’essai de la HAT doivent être confirmés dans l’environnement cellulaire.
L’essai de ChHAI utilise l’immunoblotting pour dépister le nouveau HATi qui atténue l’hyperacétylation robuste des histones induite par un inhibiteur de la déacétylase d’histone (HDACi). L’ajout d’un HDACi est utile parce que les niveaux basaux de l’acétylation histone peut être difficile à détecter par immunoblotting.
Les tests HAT et ChHAI mesurent les changements globaux dans l’acétylation de l’histone, mais ne fournissent pas d’informations concernant l’acétylation dans des régions génomiques spécifiques. Par conséquent, ChIP-qPCR est utilisé pour étudier les effets de HATi sur les niveaux d’acétylation de l’histone aux éléments de régulation des gènes. Ceci est accompli par l’immunoprécipitation sélective des complexes histone-ADN et l’analyse de l’ADN purifié par qPCR. Ensemble, ces trois essais permettent la validation minutieuse de la spécificité, de la puissance et du mécanisme d’action du nouveau HATi.
Les acétyltransférases de lysine (KATs) catalysent l’acétylation des résidus de lysine sur les protéines histone et non-histone1,2,3,4. Des recherches récentes révèlent que les KAT et leur fonction d’acétyltransférase peuvent favoriser la croissance de tumeur solide4,5,6,7,8,9. Par exemple, les protéines liant le CREB (CBP)/p300 sont deux KAT paralogues qui régulent de nombreuses voies de signalisation dans le cancer2,3. CBP/p300 ont une fonction d’acétyltransférase d’histone bien caractérisée (HAT) et catalysent Histone 3 Lysine 27 acétylation (H3K27ac)2,4,5,10,11, un marqueur important pour les exhausteurs actifs, les régions de promoteur et la transcription active de gène12,13,14. CBP/p300 servent de co-activateurs critiques pour les voies de signalisation pro-croissance dans les tumeurs solides en activant la transcription des oncogènes par acétylation des histones et d’autres facteurs de transcription4,9,15,16,17,18. En raison de leur rôle dans la progression de tumeur, CBP/p300 et d’autres KATs sont à l’étude pour le développement de nouveaux inhibiteurs qui bloquent leur fonction oncogène4,5,6,7,8,9,18,19,20. A-485 et GNE-049 représentent deux tentatives réussies de développer des inhibiteurs puissants et spécifiques pour CBP/p3004,9. D’autres inhibiteurs font actuellement l’objet d’une enquête pour le CBP/p300 et d’autres TCA.
La qualité des inhibiteurs kat précédemment décrits (KATi) est remise en question, avec de nombreux inhibiteurs montrant les effets cibles et une mauvaise caractérisation21. Par conséquent, une caractérisation rigoureuse et la validation de nouveaux médicaments candidats sont essentielles au développement de sondes chimiques de haute qualité. Voici trois protocoles qui forment un pipeline pour le dépistage et la validation rigoureuse de la puissance et de la spécificité du nouveau KATi, avec un accent spécifique sur l’inhibition de la fonction HAT (HATi) des KAT. CBP/p300 et leurs inhibiteurs sont utilisés comme exemples, mais ces protocoles peuvent être adaptés pour d’autres KAT qui ont une fonction HAT7.
Le premier protocole est un test in vitro d’acétyltransférase d’histone (HAT) qui utilise le p300 recombinant purifié et les histones dans une réaction contrôlée de tube à essai. Ce test est simple à effectuer, est rentable, peut être utilisé pour filtrer les composés dans un réglage à faible débit, et ne nécessite pas de matières radioactives. Dans ce protocole, le p300 recombinant catalyse l’acétylation de lysine sur les queues d’histone pendant une brève période d’incubation et les niveaux d’acétylation d’histone sont mesurés à l’aide de procédures standard d’immunoblotting. La réaction enzymatique peut être effectuée en présence ou en l’absence d’inhibiteurs CBP/p300 pour dépister les composés qui réduisent l’acétylation de l’histone. En outre, l’essai hat peut être utilisé pour vérifier si les nouveaux composés sont sélectifs pour le CBP/p300 en évaluant leur activité par rapport à d’autres KAT purifiés, tels que le PCAF. L’essai HAT est un excellent point de départ pour étudier de nouveaux inhibiteurs en raison de sa simplicité, faible coût, et la capacité de déterminer la puissance / sélectivité d’un inhibiteur. En effet, ce protocole est souvent utilisé dans la littérature comme un écran in vitro5,10. Cependant, les inhibiteurs identifiés dans l’essai hat ne sont pas toujours efficaces dans la culture cellulaire parce qu’une réaction de tube à essai est beaucoup plus simple qu’un système de cellules vivantes. Par conséquent, il est essentiel de caractériser davantage les inhibiteurs dans les expériences de culture cellulaire22,23.
Le deuxième protocole dans le pipeline est le test d’inhibition de l’hyperacétylation de la chrométine (ChHAI). Ce test à base de cellules utilise des inhibiteurs de la dacetylase histone (HDACi) comme un outil pour hyperacétiller les histones dans la chromatine avant co-incubation avec un HATi24. L’acétylation d’histone basal peut être faible dans la culture cellulaire, ce qui rend difficile de sonder pour par l’immunoblotting sans l’ajout d’un HDACi pour augmenter l’acétylation. Le but de l’essai de ChHAI est d’identifier le roman HATi qui peut atténuer l’augmentation de l’acétylation d’histone provoquée par l’inhibition de HDAC. Les avantages de cet essai incluent son faible coût, la facilité relative à effectuer, et l’utilisation des cellules dans la culture, qui fournit plus de pertinence physiologique que le test de hat de tube à essai. Semblable à l’essai HAT, ce protocole utilise l’immunoblotting standard pour la collecte de données.
Les tests HAT et ChHAI fournissent des données sur la puissance de nouveaux composés pour inhiber l’acétylation de l’histone globale, mais ne fournissent pas de perspicacité dans la façon dont ces composés affectent les modifications dans des régions génomiques spécifiques. Par conséquent, le protocole final, Chromatin Immunoprecipitation-quantitative Polymerase Chain Reaction (ChIP-qPCR) est une expérience de culture cellulaire qui étudie les interactions ADN-protéines à des régions spécifiques du génome. Dans le protocole ChIP, la chromatine est croisée pour préserver les interactions ADN-protéines. La chromatine est ensuite extraite des cellules et le complexe ADN-protéine subit une immunoprécipitation sélective pour la protéine d’intérêt (p. ex., à l’aide d’un anticorps spécifique au H3K27ac). L’ADN est ensuite purifié et analysé à l’aide de qPCR. Par exemple, ChIP-qPCR peut être utilisé pour déterminer si un roman HATi downregulates histone acétylation à des oncogènes individuels, tels que Cyclin D125. Bien que ChIP-qPCR soit une technique courante utilisée sur le terrain, il peut être difficile d’optimiser4,,10,26. Ce protocole fournit des conseils pour éviter les pièges potentiels qui peuvent se produire lors de l’exécution de la procédure ChIP-qPCR et comprend des contrôles de qualité qui doivent être effectués sur les données.
Lorsqu’ils sont utilisés ensemble, ces trois protocoles permettent la caractérisation rigoureuse et la validation du nouveau HATi. En outre, ces méthodes offrent de nombreux avantages parce qu’elles sont faciles à exécuter, relativement bon marché et fournissent des données sur l’acétylation mondiale ainsi que régionale d’histone.
1. Essai in vitro de HAT
2. Essai de ChHAI
3. ChIP-qPCR
NOTE : Le protocole ci-dessous est décrit pour les inhibiteurs de p300 comme exemple.
L’essai in vitro d’acétyltransférase d’histone (HAT) peut être employé pour sonder pour des composés qui inhibent l’activité de p300 HAT vers un substrat d’histone. La figure 1A fournit un schéma expérimental pour l’essai HAT. L’acide anacardique, un HATi3,38connu, a été utilisé dans ce test dans une gamme de concentration de 12,5 à 100 μM. À 100 μM, l’acide anacardique descend par la p300 catalysé l?...
Lysine acétyltransférases (KATs) acetylate plusieurs résidus de lysine sur les queues d’histone et les facteurs de transcription pour réguler la transcriptiongénique 2,3. Les travaux des deux dernières décennies ont révélé que les KAT, tels que CBP/p300, PCAF et GCN5, interagissent avec les facteurs de transcription oncogène et aident à stimuler la croissance tumorale dans plusieurs types de tumeurs solides4,
Les auteurs n’ont pas de conflits d’intérêts ou de divulgations à faire.
Ce travail a été appuyé par des subventions de James et Esther King Biomedical Research Program (6JK03 et 20K07), et Bankhead-Coley Cancer Research Program (4BF02 et 6BC03), Florida Department of Health, Florida Breast Cancer Foundation, et UF Health Cancer Center. De plus, nous tenons à remercier le Dr Zachary Osking et le Dr Andrea Lin pour leur soutien au cours du processus de publication.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.5 ml tube | Fisher Scientific | 05-408-129 | For all methods |
10 cm dish | Sarstedt AG & Co. | 83.3902 | For cell culture of MCF-7 cells |
10 ul tips | Fisher Scientific | 02-707-454 | For all Methods |
1000 ul tips | Corning | 4846 | For all Methods |
10X Glycine buffer | For Method 3. See Table 1 for recipe. | ||
10X Running Buffer | For Methods 1 and 2. See Table 1 for recipe. | ||
10X TBST | For Methods 1 and 2. See Table 1 for recipe. | ||
12 well plate | Corning | 3513 | For Method 2 |
15 cm dish | Sarstedt AG & Co. | 83.3903 | For Method 3 |
15 ml conical tube | Santa Cruz Biotechnology | sc-200249 | For Methods 2 and 3 |
1X TBST with 5% milk and 0.02% Sodium Azide | For Methods 1 and 2. Can be used to dilute primary antibodies that will be used more than once. Allows for short-term storage of primary antibody dilutions. Do not use for secondary antibody diluton. CAUTION: Sodium Azide is toxic. | ||
1X TBST with 5% milk | For Methods 1 and 2. Used to block PVDF membrane and for antibody diltions. See Table 1 for recipe. | ||
200 ul tips | Corning | 4844 | For all Methods |
2-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M3148 | for SDS sample buffer preparation |
4-20% polyacrylamide gel | Thermo Fisher: Invitrogen | XP04205BOX | For Methods 1 and 2 |
5X Assay buffer | For Method 1. See Table 1 for recipe. | ||
5X Passive lysis buffer | For Method 2. See Table 1 for recipe. | ||
6X Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) | For Methods 1 and 2. See Table 1 for recipe. | ||
A-485 | MedChemExpress | HY-107455 | CBP/p300 Inhbitor for use in Methods 2 and 3. Dissolved in DMSO. |
Acetyl-CBP(K1535)/p300(K1499) antibody | Cell Signaling Technology | 4771 | For Method 1 |
Acetyl-CoA | Sigma-Aldrich | A2056 | for use in Method 1 |
Acetyl-Histone H3 (Lys 27) antibody (H3K27ac) | Cell Signaling Technology | CST 8173 | antoibodies for H3K27ac for immunoblots and ChIP |
Acetyl-Histone H3 (Lys18) antibody (H3K18ac) | Cell Signaling Technology | CST 9675 | antoibodies for H3K18ac for immunoblots and ChIP |
alpha tubulin antibody | Millipore Sigma | T5168 | For Method 2. Dilute 1:20,000 |
Anacardic acid | Cayman Chemical | 13144 | For Method 1 |
anti-mouse IgG HRP linked secondary antibody | Cell Signaling Technology | 7076 | For Methods 1 and 2. Dilute 1:10,000 |
anti-rabbit IgG secondary antibody | Jackson ImmunoResearch | 711-035-152 | For Methods 1 and 2. Dilute 1:10,000 to 1:20,000 |
Autoradiography film | MIDSCI | BX810 | For Methods 1 and 2 |
Belly Dancer Rotating Platform | Stovall Life Science Incorporated | not available | For Methods 1 and 2 |
Bovine Calf Serum (BCS) | HyClone | SH30072.03 | cell culture media |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A2153 | for buffer preparation |
Bromophenol Blue | Sigma-Aldrich | B0126 | for SDS sample buffer preparation |
CDTA | Spectrum Chemical | 125572-95-4 | For buffer preparation |
cell scraper | Millipore Sigma | CLS3010 | For Method 3 |
ChIP dilution buffer | For Method 3. See Table 1 for recipe. | ||
ChIP Elution Buffer | For Method 3. See Table 1 for recipe. | ||
Complete DMEM for MCF-7 Cells | For Methods 2 and 3. See Table 1 for recipe. | ||
Covaris 130 µl microTUBE | Covaris | 520045 | Sonication tube for use with Covaris S220 in Method 3 |
Covaris S220 Focused-ultrasonicator | Covaris | S220 | DNA sonicator for use in Method 3 |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | 41639 | for drug dilution and vehicle control treatment |
DL-Dithiothreitol (DTT) | Sigma-Aldrich | 43815 | for SDS sample buffer preparation |
DMEM | Corning | 10-013-CV | cell culture media |
EDTA | Fisher Scientific | BP120-1 | for buffer preparation |
Example transfer tank and transfer apparatus | Bio-rad | 1704070 | For Methods 1 and 2 |
EZ-Magna ChIP A/G Chromatin Immunoprecipitation Kit | Millipore Sigma | 17-10086 | For Method 3 |
FK228 (Romidepsin) | Cayman Chemical | 128517-07-7 | HDAC Inhibitor for use in Method 2 |
Formaldehyde solution | Sigma-Aldrich | F8775 | for cell fixation |
glycerol | Fisher Scientific | BP229-1 | For buffer preparation |
glycine | Sigma-Aldrich | G7126 | for buffer preparation |
HEPES | Sigma-Aldrich | 54457 | for buffer preparation |
High salt wash buffer | For Method 3 | ||
IGEPAL (NP-40) | Sigma-Aldrich | I3021 | for buffer preparation |
Immobilon Chemiluminescent HRP Substrate | Millipore Sigma | WBKLS0500 | For Methods 1 and 2 |
KCl | Fisher Scientific | BP366-500 | for buffer preparation |
LiCl | Sigma-Aldrich | L9650 | For buffer preparation |
LiCl wash buffer | For Method 3. See Table 1 for recipe. | ||
Low salt wash buffer | For Method 3. See Table 1 for recipe. | ||
Magnetic Separator | Promega | Z5341 | For use in Method 3 |
Methanol | Sigma-Aldrich | 494437 | For buffer preparation |
Mini gel tank | Invitrogen | A25977 | For Methods 1 and 2 |
MS-275 (Entinostat) | Cayman Chemical | 209783-80-2 | HDAC Inhibitor for use in Method 2. Dissolved in DMSO. |
NaCl | Fisher Scientific | 7647-14-5 | for buffer preparation |
NaOH | Fisher Scientific | S318-100 | for buffer preparation in Methods 1 and 2 |
Normal Rabbit IgG | Bethyl Laboratories | P120-101 | Control rabbit antibody for use in Method 3 |
Nuclei swelling buffer | For Method 3. See Table 1 for recipe. | ||
PCR Cleanup Kit | Qiagen | 28104 | For use in Method 3 |
Penicillin/Streptomycin 100X | Corning | 30-002-CI | cell culture media |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Corning | 21-040-CV | For Methods 2 and 3 |
PIPES | Sigma-Aldrich | 80635 | for buffer preparation |
powdered milk | Nestle Carnation | For Methods 1 and 2 | |
Power Pac 200 for western blot transfer | Bio-rad | For Methods 1 and 2 | |
Power Pac 3000 for SDS gel running | Bio-rad | For Methods 1 and 2 | |
Prestained Protein Ladder | Thermo Fisher | 26616 | For Methods 1 and 2 |
Protease Inhibitor Cocktail | Sigma-Aldrich | PI8340 | for use in Method 3 |
Protein A Magentic Beads | New England BioLabs | S1425S | For use in Method 3 |
Proteinase K | New England BioLabs | P8107S | For use in Method 3 |
PTC-100 Programmable Thermal Controller | MJ Research Inc. | PTC-100 | For Method 1 |
PVDF Transfer Membrane | Millipore Sigma | IEVH00005 | For Methods 1 and 2 |
Recombinant H3.1 | New England BioLabs | M2503S | for use in Method 1 |
Recombinant p300 | ENZO Life Sciences | BML-SE451-0100 | for use in Method 1 |
SAHA (Vorinostat) | Cayman Chemical | 149647-78-9 | HDAC Inhibitor for use in Method 2 |
SDS lysis buffer | For Method 3. See Table 1 for recipe. | ||
Sodium Azide | Fisher Scientific | 26628-22-8 | For Methods 1 and 2. CAUTION: Sodium Azide is toxic. See SDS for proper handling. |
Sodium Bicarbonate | Fisher Scientific | S233-500 | for buffer preparation |
Sodium deoxycholate | Sigma-Aldrich | D6750 | for buffer preparation |
Sodium dodecyl sulfate (SDS) | Sigma-Aldrich | 71725 | for SDS sample buffer preparation |
Standard Heatblock | VWR Scientific Products | MPN: 949030 | For Methods 1 and 2 |
Table top centrifuge | Eppendorf | 5417R | For all methods |
TE buffer | For Method 3. See Table 1 for recipe. | ||
Transfer buffer | For Methods 1 and 2. See Table 1 for recipe. | ||
Trichostatin A | Cayman Chemical | 58880-19-6 | HDAC Inhibitor for use in Method 2 |
Tris | Fisher Scientific | BP152-5 | for buffer preparation |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | for buffer preparation |
Tween 20 | Sigma-Aldrich | 9005-64-5 | for buffer preparation in Methods 1 and 2 |
X-ray film processor | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | SRX-101A | For Methods 1 and 2 |
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