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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Cette méthode décrit une stratégie simple et rapide pour la caractérisation et l’investigation des protéoformes d’histones.
Les histones subissent diverses modifications post-traductionnelles (PTM) telles que la méthylation, l’acétylation, la phosphorylation, l’acylation et l’ubiquitination, qui contrôlent la dynamique des nucléosomes et déterminent le destin cellulaire. Le nucléosome, qui est l’unité fonctionnelle de la chromatine, comprend l’ADN, quatre paires d’histones (H3, H4, H2A et H2B) constituant le noyau globulaire, et l’histone de liaison H1, qui stabilise la structure de la chromatine. Les queues amino-(N)-terminales des histones dépassent des domaines centraux globulaires et subissent des PTM distincts qui influencent le paysage chromatique. Certaines preuves suggèrent que l’homéostasie des histones PTM est cruciale pour préserver toutes les activités physiologiques. La dérégulation des PTM des histones est la principale cause de prolifération cellulaire anormale, d’invasion et de métastases. Par conséquent, le développement de méthodes pour caractériser les PTM d’histones est crucial. Ici, nous décrivons une technique efficace pour isoler et analyser les isoformes d’histones. La méthode, basée sur la combinaison de deux séparations orthogonales, permet l’enrichissement des isoformes d’histones et l’identification ultérieure par spectrométrie de masse. La technique, décrite à l’origine par Shechter et al., combine des gels de polyacrylamide acide-urée (TAU-GEL), qui peuvent séparer les protéines d’histones basiques en fonction de leur taille et de leur charge, et des gels de dodécylsulfate-polyacrylamide de sodium (SDS-PAGE), qui peuvent séparer les protéines en fonction de leur poids moléculaire. Le résultat est une carte bidimensionnelle des isoformes d’histones, adaptée à la digestion dans le gel, suivie d’une identification par spectrométrie de masse et d’une analyse par transfert Western. Le résultat est une carte bidimensionnelle des isoformes d’histones, adaptée à la fois à la digestion en gel, suivie de l’identification par spectrométrie de masse et de l’analyse par transfert Western. Cette approche protéomique est une méthode robuste qui permet l’enrichissement d’une seule isoforme d’histones et la caractérisation de nouvelles PTM d’histones.
L’apparition, la progression et la chimiorésistance du cancer sont liées à des événements génétiques et épigénétiques, y compris les PTM d’histones. Les histones subissent une variété de PTM qui régulent la dynamique de la chromatine et dictent le destin cellulaire1.
Le nucléosome est l’unité fonctionnelle de la chromatine et est un complexe moléculaire d’ADN et de protéines qui permet à l’ADN d’être emballé dans le noyau. Il se compose de quatre paires d’histones (H3, H4, H2A et H2B) qui constituent le noyau du nucléosome, ainsi que de l’histone de liaison H1, qui aide à stabiliser la structure de la chromatine. Les queues amino-terminales des histones dépassent de leurs domaines centraux globulaires et subissent des modifications post-traductionnelles spécifiques qui affectent le paysage chromatinal2.
Jusqu’à présent, au moins 23 classes de PTM d’histones sont connues. Ces PTM sont des modifications covalentes qui consistent principalement en la méthylation, l’acétylation, la phosphorylation, la glycosylation, l’ubiquitylation, la SUMOylation et l’ADP-ribosylation3. De plus, une corrélation étroite entre l’homéostasie de l’épigénome et le recâblage métabolique a récemment été proposée, ce qui explique la croissance exponentielle du nombre possible d’histones PTM 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 . Les PTM d’histones, déposées, effacées et transduites par des enzymes modificatrices, sont nommées respectivement écrivains, effaceurs et lecteurs. Ils affectent les propriétés physiques et chimiques de la structure de la chromatine, affectant le profil d’expression des gènes, y compris l’expression des gènes suppresseurs de tumeurs et des oncogènes 14,15,16.
Le nombre d’histones protéoformes augmente lorsqu’elles sont incorporées dans le nucléosome en tant que variantes d’histones. Ces variantes sont des isoformes non alléliques d’histones canoniques, et elles ajoutent de la complexité en modifiant les propriétés chimiques et physiques de la chromatine. Par rapport aux histones canoniques, les variants d’histones ont des domaines fonctionnels qui subissent des modifications post-traductionnelles uniques ou interagissent avec des composants spécifiques de la chromatine, ce qui a un impact sur la dynamique et la stabilité du nucléosome17.
Dans les cellules cancéreuses, la dérégulation des PTM et des variantes d’histones affecte le profil d’expression génique, entraînant une prolifération cellulaire anormale, une invasion, des métastases et l’activation des voies de résistance aux médicaments 3,18,19,20. Les mutations au sein des histones ou des complexes de remodelage de la chromatine peuvent modifier le phénotype cellulaire, contribuant ainsi à la transformation néoplasique. L’accumulation d’altérations épigénétiques, telles que la méthylation des histones, est un facteur clé dans l’activation des voies de résistance aux médicaments 21,22,23. Les mutations au sein du complexe SWI/SNF, qui se compose de 15 sous-unités codées par 29 gènes, ont un impact sur plus de 20 % des cancers humains dans de nombreux types de tumeurs. Au cours de la dernière décennie, des stratégies médicamenteuses basées sur l’épigénétique (epi-drugs) ont été développées, et de nombreux médicaments ciblant le cancer avec des modèles anormaux de modification des histones ont été approuvés par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis23.
L’analyse des protéines d’histones est assez difficile, ce qui en fait un domaine d’étude exigeant. Récemment, les méthodes de spectrométrie de masse sont devenues la méthode privilégiée pour caractériser et étudier les protéoformes d’histones. Cependant, les conditions d’extraction drastiques, combinées à la faible solubilité de certaines variantes et à l’homologie de séquence élevée, rendent leur analyse difficile.
Au cours de la dernière décennie, plusieurs méthodes basées sur la spectrométrie de masse ont été développées pour le profilage et l’investigation des histones 24,25,26,27. Dans cette étude, nous présentons une méthode rentable et fiable pour créer une carte bidimensionnelle des protéoformes d’histones, ce qui peut augmenter les chances de découvrir de nouvelles modifications post-traductionnelles.
L’électrophorèse TAU 2D combine la séparation dans des conditions acides avec SDS PAGE. Dans la première dimension, l’état acide du milieu donne une charge positive nette aux protéines basiques. Étant donné que les histones sont des protéines très basiques et ont un point isoélectrique (pH) plus élevé par rapport au milieu, elles deviennent chargées positivement et migrent sous un champ électrique. Dans la deuxième dimension, les histones sont dénaturées par SDS et séparées en fonction de leur poids moléculaire. La carte 2D résultante peut être utilisée comme un outil pour enrichir des protéoformes spécifiques à une résolution ponctuelle pour l’analyse par spectrométrie de masse et les études immunologiques28,29. Après électrophorèse, les taches TAU 2D peuvent être décolorées, digérées par la trypsine et analysées par spectrométrie de masse. Alternativement, la carte TAU 2D peut être tamponnée sur un filtre nitrocellulose/PVDF et étudiée par immunocoloration27.
Dans ce contexte, les méthodes pourraient être stratégiques pour améliorer l’identification et l’analyse de nouvelles modifications post-traductionnelles corrélées au recâblage métabolique30,31.
Nous avons encore amélioré la méthode originale en incorporant une étape de sonication, ce qui est utile pour la dégradation de l’ADN et l’amélioration de la solubilité des protéines. De plus, nous avons prolongé l’étape d’incubation pour l’extraction des histones, afin d’obtenir un échantillon de protéines de haute pureté. De plus, dans notre protocole, nous avons exécuté la première dimension à basse tension pendant une durée plus longue pour obtenir une meilleure résolution. Le gel résultant a été utilisé pour étudier les histones canoniques PTM et caractériser de nouvelles modifications telles que la glycation10,32.
Dans l’ensemble, nous avons développé une méthode d’extraction et de purification des histones, suivie de la résolution des protéoformes d’histones à l’aide d’une carte bidimensionnelle. Les travaux comprennent également une procédure de digestion en gel pour l’analyse par spectrométrie de masse et les étapes de l’analyse bidimensionnelle par transfert de Western.
1. Extraction d’histones
2. Mini électrophorèse 2D sur gel triton-acide-urée (TAU)
3. Coloration à l’argent 32
4. Digestion dans le gel
5. Transfert western 2DTAU
Sur la figure 1A, il est possible d’observer comment les protéines d’histones migrent dans un gel 1D. Il s’agit d’une étape préliminaire importante pour comprendre le temps de fonctionnement de la première dimension. Une fois que le bon moment de séparation est déterminé, exécutez la deuxième dimension. La carte 2D des protéoformes d’histones montre un motif topographique distinctif (Figure 1B). Chaque point ...
Au cours de la dernière décennie, le traitement des patients atteints de cancer a été révolutionné par l’identification de diverses altérations moléculaires qui stimulent le développement et la progression du cancer. L’avancée la plus significative en oncologie moderne est le développement d’une thérapie basée sur une analyse moléculaire complète. Les progrès technologiques en génomique et en protéomique ont joué un rôle crucial dans le profilage de biomarqueurs...
Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
Le travail a été soutenu par PRIN2022, DS, CF et AC ont été soutenus par PRIN2022, et MLC a été soutenu par le programme de doctorat en oncologie moléculaire, école de programme de doctorat UMG. Le travail a également été soutenu par le projet PNRR INSIDE CUP : B83C22003920001
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1,4-Dithioerythritol | SIGMA- ALDRICH | D8255 | Reagent for maintaining −SH groups in the reduced state; quantitatively reduces disulfides. |
1,5 M Tris-HCL buffer, pH 8.8 | BIO-RAD | 161-0798 | Resolving Gel Buffer |
10x Tris/Glycine/SDS | BIO-RAD | 1610772 | Use this premixed 10x Tris/glycine/SDS running buffer to separate protein samples by SDS-PAGE. |
2-Propanol | SIGMA-ALDRICH | 33539 | 2-Propanol (Isopropanol) is a secondary alcohol. It has been tested as a substitute to fuel for use in various fuel cells. CuO powder dissolved in 2-propanol has been used for the laser ablation assisted synthesis of Cu colloids. Suspension of 2-propanol with Zn(NO3)2 has been employed for the fabrication of titanium dioxide-coated stainless steel (P25-TiO2/SS) photoanode coated with uniformly thick layer of P25-TiO2.This photoanode was used for the electrochemical photocatalytic (ECPC) degradation process. |
30% Acrylamide/Bis Solution | BIO-RAD | 1610158 | 2.6% Crosslinker. Electrophoresis purity reagent |
Acetic Acid Glacial | Carlo Erba Reagennts | 401392 | Acetic acid is an important chemical reagent with many industrial applicatios. |
Acetone | Panreac Applichem | 211007.1214 | Acetone is a solvent, renowned for its versatility in various laboratory, manufacturing, and cleaning applications. |
Acetonitile | VWR | 83640320 | for HPLC LC-MS grade |
Agarose | Invitrogen | 15510-027 | Agarose is a heteropolysaccharide frequently used in molecular biology. |
Ammonium bicarbonate | SIGMA-ALDRICH | A6141 | minimum 99,0% |
Ammonium persulfate | SIGMA-ALDRICH | A3678 | For molecular Biology, For electrophoresis, ≥98% |
Bioruptor plus | Diagenode | B01020001 - B01020002- B01020003 | sonicator |
Dithiothreitol | SIGMA- ALDRICH | D9163-5G | Reducing agent used to reduce disulfide bonds in proteins. |
Dodeca Silver Stain Kit | BIO-RAD | 161-0480 | The Dodeca silver stain kit is easy-to-use for the detection of nonagram levels of proteins in polyacrylamide gels. |
Glycerol | GE - Healthcare Life Sciences | 171325010L | Glycerol is a simple triol compound, it is involved to aid in casting gradient gels, protein stabilizer and storage buffer component. |
Halt Phosphatase Inhibitor | Thermo SCIENTIFIC | 78428 | Thermo Scientific Halt Phosphatase Inhibitor Cocktail preserves the phosphorylation state of proteins during and after cell lysis or tissue protein extraction Single- Use Cocktail (100X). |
Halt Protease Inhibitor | Thermo SCIENTIFIC | 78430 | Thermo Scientific Halt Protease Inhibitor Cocktail (100X) are ready-to-use concentrated stock solutions of protease inhibitors for addition to samples to prevent proteolytic degradation during cell lysis and protein extraction. Single- Use Cocktail (100X). |
Hydrochloric acid | SIGMA-ALDRICH | H1758 | BioReagent, for molecular biology |
Iodoacetamide | SIGMA-ALDRICH | I6125 | ≥99% (NMR), crystalline |
KCl | SIGMA-ALDRICH | P9541 | Potassium chloride, KCl, is generally used in laboratory routines. Its use as a storage buffer for pH electrodes and as a reference solution for conductivity measurements is well established. |
MCF10 cell line | atcc | CRL-10317 | epithelial cell line that was isolated in 1984 from the mammary gland of a White, 36-year-old female with fibrocystic breasts. This cell line was deposited by the Michigan Cancer Foundation. |
MgCl2 | SIGMA-ALDRICH | 208337 | Magnesium chloride is a colorless crystalline solid. |
N,N,N',N'-Tetramethylethylene-diamine | SIGMA-ALDRICH | T9281 | For Electrophoresis, approx. 99% |
Phosphate saline buffer 1X | Corning | 15373631 | 1 X PBS (phosphate buffered saline) is a buffered balanced salt solution used for a variety biological and cell culture applications, such as washing cells before dissociation, transporting cells or tissue, diluting cells for counting, and preparing reagents. |
Potassium hexacyanoferrate | SIGMA-ALDRICH | 60299 | Electron acceptor, employed in systems involving electron transport, |
SDS Solution 20% (w/v) | BIO-RAD | 161-0418 | Sodium dodecyl sulfate. Electrophoresis purity reagent |
Sodium thiosulfate, ReagentPlus 99% | SIGMA- ALDRICH | 21,726-3 | Sodium thiosulfate, ReagentPlus 99% |
Sulfuric acid | SIGMA-ALDRICH | 339741 | Sulfuric Acid, Reagent, is an extremely corrosive acid that comes as yellowy slightly viscous liquid. It is soluble in water and is a diprotic acid. It has very strong corrosive, dehydrating and oxidizing properties as well as being hygroscopic. |
Trichloroacetic acid | SIGMA-ALDRICH | T6399-5G | Trichloroacetic acid (TCA) is used as a reagent for the precipitation of proteins1,2 and nucleic acids3. |
Trifluoroacetic acid | Riedel-de Haën | 34957 | Trifluoroacetic acid |
Triton X-100 | SIGMA- ALDRICH | T9284-1L | Triton X-100 is a nonionic polyoxyethylene surfactant that is most frequently used to extract and solubilize proteins. |
Trypsin from porcine pancreas | SIGMA-ALDRICH | T6567 | Proteomics Grade, BioReagent, Dimethylated |
UREA | SIGMA-ALDRICH | 33247 | Urea is a chaotropic agent and is used for protein denaturation. It disturbs the hydrogen bonds in the secondary, tertiary and quaternary structure of proteins. It can also disturb hydrogen bonding present in DNA secondary structure |
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