Work in the authors' laboratory is supported by a grant from the National Institute of General Medical Sciences (GM41628) and by a grant to the Stowers Institute for Medical Research from the Helen Nelson Medical Research Fund at the Greater Kansas City Community Foundation.

1 ATP依存性ヌクレオソームリフォームアッセイ ATP依存性ヌクレオソームのリモデリング活性を測定するために、INO80またはINO80のsubcomplexesは、ATPおよび216塩基対、32 P-標識DNA断片の一端に配置された単一のヌクレオソームが含まmononucleosomal基質と共にインキュベートされる免疫精製。反応生成物は、ネイティブポリアクリルアミドゲルでの電気泳動に供される。 <ol><li> 32 P-標識された、「601」DNA断片を生成すること、などのオリゴヌクレオチド5&#39;-ACAGGATGTATATATCTGACACGTGCCTGGおよび5&#39;-AATACTCAAGCTTGGATGCCTGCAGを使用して、をpGEM-3Z-601 4から末端に位置する601ヌクレオソームの位置配列を含む216 bpのDNA断片を増幅フォワードおよびリバースプライマー。 <ol><li> 表1に記載したように100μlのPCR反応をセットアップします。 </li><li>以下のプログラムを使用して、サーマルサイクラー中でPCR反応を実行します。1分96℃、followeで94°C、57°Cで30秒、30サイクル、72℃で60秒で45秒間によってD; 72℃で7分で終わる。 </li><li> PCR反応が完了した後、ヌクレアーゼフリースピンカラムを二度反応生成物を通過させることによって、取り込まれなかったヌクレオチドを​​除去する。 </li><li> PCR反応は、所望の〜216 bpのDNA断片を生成したことを確認するために、1.2％アガロースゲル中で精製されたPCR産物5μlを実行する。 </li><li>精製したPCR産物5μlの20倍に希釈し、UV分光光度計を用いてDNA濃度を測定する。平均収量は約40 ngの/μlです。 </li><li>シンチレーションカウンターでの精製したPCR産物1μlの放射能を測定します。 CPM / NGを算出することにより、標識効率を推定します。成功した標識反応は、601 DNA断片の〜15000のcpm / ngのをもたらすことが期待される。 </li></ol></li><li>連続希釈法5を用いて標識601のDNA上にHeLa細胞ヌクレオソームを転送します。 <ol><li>の2ピコモルを混ぜる1.0 MのNaCl、10 mMトリス塩酸、pH 8.0、1 mMのEDTA、0.1mMのPMSF、及び1mMを含有する緩衝液50μl中のHelaヌクレオソーム（後述5のように調製した）6μgの32 P-標識された601のDNA断片DTTおよび30分間30℃でインキュベートする。 </li><li>順次10mMトリス塩酸（pH8.0）を12.5μlの20.8μlを、および41.6μlを、、、1mMのEDTA、0.1mMのPMSFで希釈して0.8 M、0.6 M、0.4 MのNaClの混合物を希釈し、そして1mMのDTT、各希釈後、30℃で30分間のインキュベーションである。 </li><li>さらに0.2 Mに混合物を希釈した後、0.1MのNaClを125μlに添加することによって、その後、0.1％のNonidet P-40、30分のインキュベーションで20％グリセロール、および200μg/ mlのBSAを含有する同じ緩衝液を250μl最後の二つの希釈液は30℃で。最大3ヶ月間4℃でモノヌクレオソーム基質を保管してください。 </li></ol></li><li>総容量10μlでの反応をスライドATP依存性ヌクレオソームを実行します。レアINO80ヌクレオソームのリモデリング活性のための最適なNaCl濃度であるためctionコンポーネントは、〜50mMのNaCl（未発表の結果） 表2に記載されている、考慮中に含まれる食塩の量を考慮して、50 mMの各反応中のNaClの総濃度を調整するヌクレオソームと酵素の調製。 <ol><li>アッセイをセットアップするために開始する前に、ネイティブのポリアクリルアミドゲル（18×16 cm）のキャスト。 5％のアクリルアミドを含む単一のゲルを調製するために（アクリルアミド：37.5ビスアクリルアミド：1）、0.5×TBE（45 mMトリス、ホウ酸、1mMのEDTA）、0.01％の過硫酸アンモニウム（APS）、および0.001％N、N、N&#39;、 N&#39;の -tetramethylethylenediamine（TEMED）、 表3に列挙した成分を混合する。ゲルは、室温で少なくとも2時間重合することができるようにします。 </li><li> EB100バッファの量がまた、各反応を実行するために、予備冷却シリコン処理1.5mlのマイクロチューブに組み合わせる〜20 nMのINO80またはINO80のサブコンプレックス（3記載のように調製した）（ <strオング&gt;十分表4）4.75μlの容量を得た。すぐに粉末ドライアイスや液体窒素中で残っているINO80含有画分を再凍結する。 </li><li> &#39;X&#39;（ここで、X =反応3の合計数）倍にスケールアップ、食材の残りの部分とマスターカクテルを設定します。 1つの10μlの反応に必要な各成分の量を表5に記載されている。レシピは、実行される反応の数に応じてスケールアップされるべきである。チューブをタップして、またはピペッティングでよく混合し、ダウンピペットマンとし、卓上型微量数秒間チューブをスピン。 </li><li>ステップ1.3.2で設定反応管のそれぞれにマスターカクテルの5.25μLを分注する。ピペッティングでよく混ぜる。 30℃のヒートブロックまたはウォーターバスに反応管を転送することにより反応を開始し、2時間インキュベートする。 </li><li>一方、競合DNAを含むカクテル」のミックスを削除する」の準備とX（X =反応+ 4の合計数）倍にスケールアップヌクレオソーム、。単一の反応用混合物を除去する1.5μlの準備に必要な各成分の量を表6に記載されている。レシピは、実行されるアッセイの数に応じてスケールアップされるべきである。 </li><li>取り外しミックス1.5を添加することにより反応を終了します。よく混合し、スピンダウンし、そしてさらに30分間30℃でインキュベートする。 </li><li>一方、定数バッファの循環を維持するために、下部チャンバー内の磁気攪拌棒をランニング緩衝液として0.5×TBEを使用して、4℃で30分間、100Vで垂直電気泳動装置におけるネイティブポリアクリルアミドゲルを予め実行します。 </li><li>サンプルをロードするには、3倍のTBE、30％グリセロール、0.25％ブロモフェノールブルー、0.25％キシレンシアノールFFを含むローディング色素の2.5μlを添加する。簡単にサンプルをスピン、よく混ぜ、ロードのヒントを使用してゲルにロードします。 </li><li>バッファーの循環で、4℃で4.5時間、200Vでゲルを実行します。</li><li>信号を検出するために、濾紙の二枚のスタックにゲルを移す。透明なプラスチックのラップを使用して、上にゲルをろ紙をラップしてから、所望の時間、4℃で貯蔵燐光体スクリーンに公開。 </li><li>同位体イメージングスキャナシステムで画面をスキャンし、適切なソフトウェアを用いてデータを分析する。 </li></ol></li></ol> 2モノヌクレオソーム結合アッセイモノヌクレオソームの指定されたINO80複合体の結合親和性をアッセイするために、ステップ1.2で生成されたmononucleosomal基板を用いた電気泳動移動度シフトアッセイ（EMSA）を行う。 <ol><li>セットアップ反応はヌクレオソームのリモデリングアッセイのために説明したが、ATPを省略して、反応からミックスを削除するなどの結合アッセイのためのミックス。 30分間30℃でインキュベートする。 </li><li>各反応混合物にローディング色素の2.5μlを加えて、3.5％のアクリルアミド（アクリルアミドを含む未変性ポリアクリルアミドゲルに適用されます。3ビス7.5：1）、1％グリセロール、0.5×TBE、0.01％APS、および0.001％TEMED。 </li><li>ランニング緩衝液として0.5×TBEを使用して、バッファの循環で、4℃で2.5時間、200Vでゲルを実行し、ストレージ蛍光スクリーンに公開。 </li></ol> 3 DNA-とヌクレオソーム依存ATPアーゼアッセイ 20mMトリス塩酸（pH7.5）、60mMのNaClを、6.6のMgCl 2、0.8mMのEDTA、0.015％のNonidet P-40、2.5％グリセロール、0.1 mg / mlのBSA、1を含む5μlの反応混合物中でATPアーゼアッセイを行うのDTT、0.1mMのPMSF、2mMのATP、[α-32 P] ATP（3,000 Ciを/ミリモル）の2μCiの。 INO80複合体の各INO80複合体または量は、3つの並列反応、DNA-またはヌクレオソームに依存しないATPアーゼを測定するための1を含むEB100バッファー、測定するために閉環状プラスミドDNA（5000塩基対、約30 nM）を含有するものを設定してアッセイするために、DNA依存ATPアーゼ、およびヌクレオソーム依存ATPアーゼを測定するために、ヒーラオリゴヌクレオソーム（〜185 nM）を含有するもの。全ての反応は氷上でセットアップします。 <oL&gt; <li>各反応について、予備冷却潤滑1.5mlのマイクロチューブに2.2μlの容量を与えるのに十分なEB100バッファーの量と免疫精製INO80またはINO80 subcomplexesの10-50 nMのを兼ね備えています。すぐに粉末ドライアイスや液体窒素の任意のINO80含有画分を再凍結する。 </li><li>マスターカクテルを設定します。単一反応のために必要な各成分の量を表7にリストされている。XはINO80の準備の数がアッセイされる= 3（X + 2）1、倍にスケールアップすることによりレシピをスケールアップ。 </li><li> 「サブカクテル」を含むバッファを準備するためにのみ、DNA、またはヌクレオソームは、3つの個別のチューブにマスターカクテルの2.5（X + 2）μLを分注する。 0.3どちらEB100の（X + 2）μlを、閉じた環状プラスミドDNA（1.5μgの/μl）を、またはヒーラオリゴヌクレオソーム（1.5μgの/μl）を加え、よく混ぜる。 </li><li> STに設定された酵素を含む反応チューブに適切なサブカクテルの2.8μlを分注EP 3.1。穏やかにピペッティングしてミックスダウンする。気泡を導入することを避ける。 </li><li>反応を開始するには、30℃のヒートブロックに反応チューブを移す。 </li><li> 5後に、15分、30分、インキュベーションの60分、1.5センチ以上の距離下端から直線セルロース、ポリエチレンイミン、薄層クロマトグラフィー（TLC）プレート（20×10cm）に上に各反応混合物0.5μlのスポット。直ちにので、複数の時間点は、単一のチューブから取り出すことができる30℃のヒートブロックに反応管を返す。スポッティングの後、ブロードライヤーを使用してTLCプレートを乾燥する。 </li><li> TLCプレートの底0.5センチメートルを溶液中に浸漬されるように十分に0.375 Mリン酸カリウム（pHは3.5）を含有するガラスチャンバーにTLCプレートに移す。 </li><li>チャンバを覆い、かつ、液相の前面がTLCプレートの最上部に達するまで発達する。即時徹底的にブロードライヤーを使用して、プレートを乾燥させる。 </li><li> RTで貯蔵燐光体スクリーンになるまで乾燥したTLCプレートを公開します。同位体イメージングスキャナシステムで画面をスキャンし、放射性のATP基質とADP生成物の量を決定する。 </li><li>加水分解されたATPの量を計算するには、次の式を使用して、出発反応混合物中に存在するATPの量により加水分解％のATPを掛け：ピコモルATP加水分解= 10ピコモルATPを反応xを開始する際に、[ADP /（ATP + ADP）] </li></ol>

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Cell Biol. 31 (4), 662-673 (2011).</li><li>Jin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mammalian+chromatin+remodeling+complex+with+similarities+to+the+yeast+INO80+complex.">A mammalian chromatin remodeling complex with similarities to the yeast INO80 complex.</a> Journal of Biological Chemistry. 280 (50), 41207-41212 (1074).</li><li>Chen, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subunit+organization+of+the+human+INO80+chromatin+remodeling+complex:+an+evolutionarily+conserved+core+complex+catalyzes+ATP-dependent+nucleosome+remodeling.">Subunit organization of the human INO80 chromatin remodeling complex: an evolutionarily conserved core complex catalyzes ATP-dependent nucleosome remodeling.</a> Journal of Biological Chemistry. 286 (13), 11283-11289 (2011).</li><li>Hamiche, A., Sandaltzopoulos, R., Gdula, D. A., Wu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ATP-dependent+histone+octamer+sliding+mediated+by+the+chromatin+remodeling+complex+NURF.">ATP-dependent histone octamer sliding mediated by the chromatin remodeling complex NURF.</a> Cell. 97 (7), 833-842 (1999).</li><li>Polach, K. J., Widom, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Restriction+enzymes+as+probes+of+nucleosome+stability+and+dynamics.">Restriction enzymes as probes of nucleosome stability and dynamics.</a> Methods Enzymol. 304, 278-298 (1999).</li><li>Anderson, J. D., Thastrom, A., Widom, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spontaneous+access+of+proteins+to+buried+nucleosomal+DNA+target+sites+occurs+via+a+mechanism+that+is+distinct+from+nucleosome+translocation,+Mol.Cell+Biol.">Spontaneous access of proteins to buried nucleosomal DNA target sites occurs via a mechanism that is distinct from nucleosome translocation, Mol.Cell Biol.</a> 22 (20), 7147-7157 (2002).</li><li>Saha, A., Wittmeyer, J., Cairns, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chromatin+remodeling+through+directional+DNA+translocation+from+an+internal+nucleosomal+site.">Chromatin remodeling through directional DNA translocation from an internal nucleosomal site.</a> Nature Structural and Molecular Biology. 12 (9), 747-755 (2005).</li><li>Gottschalk, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(ADP-ribosyl)ation+directs+recruitment+and+activation+of+an+ATP-dependent+chromatin+remodeler,+Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.">Poly(ADP-ribosyl)ation directs recruitment and activation of an ATP-dependent chromatin remodeler, Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.</a> 106 (33), 13770-13774 (2009).</li><li>Clapier, C. R., Cairns, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+ISWI+involves+inhibitory+modules+antagonized+by+nucleosomal+epitopes.">Regulation of ISWI involves inhibitory modules antagonized by nucleosomal epitopes.</a> Nature. 492 (7428), 280-284 (2012).</li><li>Brune, M., Hunter, J. L., Corrie, J. E. T., Direct Webb, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-Time+Measurement+of+Rapid+Inorganic+Phosphate+Release+Using+a+Novel+Fluorescent+Probe+and+Its+Application+to+Actomyosin+Subfragment+1+ATPase,+Biochemistry.">Real-Time Measurement of Rapid Inorganic Phosphate Release Using a Novel Fluorescent Probe and Its Application to Actomyosin Subfragment 1 ATPase, Biochemistry.</a> 33 (27), 8262-8271 (1994).</li><li>Luk, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stepwise+histone+replacement+by+SWR1+requires+dual+activation+with+histone+H2A.Z+and+canonical+nucleosome.">Stepwise histone replacement by SWR1 requires dual activation with histone H2A.Z and canonical nucleosome.</a> Cell. 143 (5), 725-736 (2010).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

確実にするために私たちはアッセイで観察することがヌクレオソームのリモデリングおよびATPアーゼ活性はINO80複合体の触媒活性にではなく、中で精製INO80複合体の触媒的に不活性なバージョンの改造を汚染し、および/またはATPアーゼの酵素、私たちは日常的にアッセイヌクレオソームのリモデリングとATPase活性に依存同じ手順を使用して、野生型INO80と平行である。 INO80複合体またはsubcomple...

SNF2家族のクロマチンリモデリング複合体は、中央SNF2様ATPアーゼサブユニット1,2を含む。単一のサブユニットの酵素など、一部SNF2様ATPアーゼ機能、他の人がより大きなマルチサブユニット複合体の触媒サブユニットとして機能している。クロマチンリモデリング複合体のサブユニットのそれぞれが自分の活動に貢献する分子メカニズムを解明することリモデリングプロセスを分析生化学的アッセイを行う能力が必要です。 人間INO80複合体および他のクロマチンリモデリング酵素によるATP依存ヌクレオソームのリモデリングは、その、DNAおよび/またはヌクレオソーム依存ATPaseの活性化に続いて、ヌクレオソームのリモデリング酵素の結合で始まる多段階のプロセスとして考えることができるヌクレオソームDNA上のリモデリング酵素の転座、およびヌクレオソーム1,2の最終的な再配置。 ATP依存性クロマチンリモデリングプロセスrの分子の詳細を理解するその個別のステップや反応の各ステップにクロマチンリモデリング複合体の各サブユニットの寄与の定義にリモデリング反応の解剖をequires。このような分析は、 インビトロで規定された分子基質を用いてヌクレオソームのリモデリングおよび他の活動を分析する能力を必要とする。 以前JOVEプロトコルでは、定義されたサブユニット組成物3とINO80クロマチンリモデリング複合体とsubcomplexesを生成するために使用される手順を説明した。ここでは、3ヌクレオソーム結合、DNAおよびヌクレオソーム活性化ATPアーゼの定量分析を可能にする生化学的アッセイ、およびこのような複合体に関連したヌクレオソームのリモデリング活動を紹介します。

<table><tbody><tr><td>Protease Inhibitor Cocktail</td><td>Sigma</td><td>P8340</td><td></td></tr><tr><td>10x PCR reaction buffer&amp;nbsp;</td><td>Roche Applied Science&amp;nbsp;</td><td>11435094001</td><td></td></tr><tr><td>Roche Taq DNA Polymerase</td><td>Roche Applied Science&amp;nbsp;</td><td>11435094001</td><td></td></tr><tr><td>NucAway Nuclease-free Spin Columns&amp;nbsp;</td><td>Ambion</td><td>Cat. # AM10070</td><td></td></tr><tr><td>ultrapure ATP&amp;nbsp;</td><td>USB/Affymetrix</td><td>77241 25 UM</td><td></td></tr><tr><td>bovine serum albumin&amp;nbsp;</td><td>Sigma</td><td>A9418&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>40% Acrylamide/Bis 37.5:1</td><td>Amresco</td><td>0254-500ML</td><td></td></tr><tr><td>Sonicated salmon sperm DNAs&amp;nbsp;</td><td>GE Healthcare</td><td>27-4565-01</td><td></td></tr><tr><td>10% ammonium persulfate (APS)</td><td>Thermo Scientific</td><td>17874</td><td></td></tr><tr><td>benzonase&amp;nbsp;</td><td>Novagen</td><td>Cat. No. 70664</td><td></td></tr><tr><td>dCTP, [&amp;alpha;-&lt;sup&gt;32&lt;/sup&gt;P]- 6,000 Ci/mmol</td><td>PerkinElmer</td><td>BLU013Z250UC</td><td></td></tr><tr><td>PCR thermal cycler PTC 200</td><td>MJ Research</td><td>PTC 200</td><td></td></tr><tr><td>Hoefer vertical electrophoresis unit</td><td>Hoefer</td><td>SE600X-15-1.5</td><td></td></tr><tr><td>lubricated 1.5 ml microcentrifuge tubes&amp;nbsp;</td><td>Costar</td><td>3207</td><td></td></tr><tr><td>Storage Phosphor Screen&amp;nbsp;</td><td>Molecular Dynamics</td><td>63-0034-79</td><td></td></tr><tr><td>3MM filter paper</td><td>Whatman&amp;nbsp;</td><td>28458-005</td><td>VWR</td></tr><tr><td>Typhoon PhosphorImager&amp;nbsp;</td><td>GE Healthcare</td><td>8600</td><td></td></tr><tr><td>ImageQuant software</td><td>GE Healthcare</td><td>ver2003.02</td><td></td></tr><tr><td>TLC Glass Plates, PEI-Cellulose F</td><td>Millipore</td><td>5725-7</td><td></td></tr><tr><td>Immobilon-FL Transfer Membrane 7 x 8.4</td><td>Millipore</td><td>IPFL07810</td><td></td></tr><tr><td>General purpose survey meter with end-window or pancake GM (Geiger-Mueller) probe</td><td>Biodex</td><td>Model 14C</td><td></td></tr></tbody></table>

biochemical assays for analyzing activities of atp-dependent chromatin remodeling enzymes

Members of the SNF2 family of ATPases often function as components of multi-subunit chromatin remodeling complexes that regulate nucleosome dynamics and DNA accessibility by catalyzing ATP-dependent nucleosome remodeling. Biochemically dissecting the contributions of individual subunits of such complexes to the multi-step ATP-dependent chromatin remodeling reaction requires the use of assays that monitor the production of reaction products and measure the formation of reaction intermediates. This JOVE protocol describes assays that allow one to measure the biochemical activities of chromatin remodeling complexes or subcomplexes containing various combinations of subunits. Chromatin remodeling is measured using an ATP-dependent nucleosome sliding assay, which monitors the movement of a nucleosome on a DNA molecule using an electrophoretic mobility shift assay (EMSA)-based method. Nucleosome binding activity is measured by monitoring the formation of remodeling complex-bound mononucleosomes using a similar EMSA-based method, and DNA- or nucleosome-dependent ATPase activity is assayed using thin layer chromatography (TLC) to measure the rate of conversion of ATP to ADP and phosphate in the presence of either DNA or nucleosomes. Using these assays, one can examine the functions of subunits of a chromatin remodeling complex by comparing the activities of the complete complex to those lacking one or more subunits. The human INO80 chromatin remodeling complex is used as an example; however, the methods described here can be adapted to the study of other chromatin remodeling complexes.

図面は、ヌクレオソームスライド（ 図1）との結合（ 図2）アッセイおよびDNA-またはヌクレオソーム依存性ATPアーゼアッセイ（ 図3）を含むINO80活動を特徴付けるために使用される生化学アッセイの代表的結果を示す。 図1に示されている実験は、完全なINO80複合体の能力は、FLAG-Ies2またはFLAG-INO80Eを通して精製し、INO80が2...

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Biochemical Assays for Analyzing Activities of ATP-dependent Chromatin Remodeling Enzymes

Here we describe biochemical assays that can be used to characterize ATP-dependent chromatin remodeling enzymes for their abilities to 1) catalyze ATP-dependent nucleosome sliding, 2) engage with nucleosome substrates, and 3) hydrolyze ATP in a nucleosome- or DNA-dependent manner.

ATP依存性クロマチンリモデリング酵素の活性を分析するための生化学的アッセイ

Members of the SNF2 family of ATPases often function as components of multi-subunit chromatin remodeling complexes that regulate nucleosome dynamics and ...

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Research

JoVE Journal

Biology

14.7K ビュー.  Stowers Institute for Medical Research. Here we describe biochemical assays that can be used to characterize ATP-dependent chromatin remodeling enzymes for their abilities to 1) catalyze ATP-dependent nucleosome sliding, 2) engage with nucleosome substrates, and 3) hydrolyze ATP in a nucleosome- or DNA-dependent manner.

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Sequential Salt Extractions for the Analysis of Bulk Chromatin Binding Properties of Chromatin Modifying Complexes

Elucidation of the binding properties of chromatin-targeting proteins can be very challenging due to the complex nature of chromatin and the heterogeneous nature of most mammalian chromatin-modifying complexes. In order to overcome these hurdles, we have adapted a sequential salt extraction (SSE) assay for evaluating the relative binding affinities of chromatin-bound complexes. This easy and straightforward assay can be used by non-experts to evaluate the relative difference in binding affinity of two related complexes, the changes in affinity of a complex when a subunit is lost or an individual domain is inactivated, and the change in binding affinity after alterations to the chromatin landscape. By sequentially re-suspending bulk chromatin in increasing amounts of salt, we are able to profile the elution of a particular protein from chromatin. Using these profiles, we are able to determine how alterations in a chromatin-modifying complex or alterations to the chromatin environment affect binding interactions. Coupling SSE with other in vitro and in vivo assays, we can determine the roles of individual domains and proteins on the functionality of a complex in a variety of chromatin environments.

Sequential salt extraction of chromatin bound proteins is a useful tool for determining the binding properties of large protein complexes. This method can be employed to evaluate the role of individual subunits or domains in the overall affinity of a protein complex to bulk chromatin.

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

Elucidation of the binding properties of chromatin-targeting proteins can be very challenging due to the complex nature of chromatin and the heterogeneous ...

遺伝学

Real-time Analysis of Transcription Factor Binding, Transcription, Translation, and Turnover to Display Global Events During Cellular Activation

Upon activation, cells rapidly change their functional programs and, thereby, their gene expression profile. Massive changes in gene expression occur, for example, during cellular differentiation, morphogenesis, and functional stimulation (such as activation of immune cells), or after exposure to drugs and other factors from the local environment. Depending on the stimulus and cell type, these changes occur rapidly and at any possible level of gene regulation. Displaying all molecular processes of a responding cell to a certain type of stimulus/drug is one of the hardest tasks in molecular biology. Here, we describe a protocol that enables the simultaneous analysis of multiple layers of gene regulation. We compare, in particular, transcription factor binding (Chromatin-immunoprecipitation-sequencing (ChIP-seq)), de novo transcription (4-thiouridine-sequencing (4sU-seq)), mRNA processing, and turnover as well as translation (ribosome profiling). By combining these methods, it is possible to display a detailed and genome-wide course of action.
Sequencing newly transcribed RNA is especially recommended when analyzing rapidly adapting or changing systems, since this depicts the transcriptional activity of all genes during the time of 4sU exposure (irrespective of whether they are up- or downregulated). The combinatorial use of total RNA-seq and ribosome profiling additionally allows the calculation of RNA turnover and translation rates. Bioinformatic analysis of high-throughput sequencing results allows for many means for analysis and interpretation of the data. The generated data also enables tracking co-transcriptional and alternative splicing, just to mention a few possible outcomes.
The combined approach described here can be applied for different model organisms or cell types, including primary cells. Furthermore, we provide detailed protocols for each method used, including quality controls, and discuss potential problems and pitfalls.

This protocol describes the combinatorial use of ChIP-seq, 4sU-seq, total RNA-seq, and ribosome profiling for cell lines and primary cells. It enables tracking changes in transcription-factor binding, de novo transcription, RNA processing, turnover and translation over time, and displaying the overall course of events in activated and/or rapidly changing cells.

転写因子の結合、細胞活性中に事象を表示する転写、翻訳、回転率のリアルタイム解析

Upon activation, cells rapidly change their functional programs and, thereby, their gene expression profile. Massive changes in gene expression occur, for ...

In Vitro Ubiquitination and Deubiquitination Assays of Nucleosomal Histones

Ubiquitination is a post-translational modification that plays important roles in various signaling pathways and is notably involved in the coordination of chromatin function and DNA-associated processes. This modification involves a sequential action of several enzymes including E1 ubiquitin-activating, E2 ubiquitin-conjugating and E3 ubiquitin-ligase and is reversed by deubiquitinases (DUBs). Ubiquitination induces degradation of proteins or alteration of protein function including modulation of enzymatic activity, protein-protein interaction and subcellular localization. A critical step in demonstrating protein ubiquitination or deubiquitination is to perform in vitro reactions with purified components. Effective ubiquitination and deubiquitination reactions could be greatly impacted by the different components used, enzyme co-factors, buffer conditions, and the nature of the substrate.&#160; Here, we provide step-by-step protocols for conducting ubiquitination and deubiquitination reactions. We illustrate these reactions using minimal components of the mouse Polycomb Repressive Complex 1 (PRC1), BMI1, and RING1B, an E3 ubiquitin ligase that monoubiquitinates histone H2A on lysine 119. Deubiquitination of nucleosomal H2A is performed using a minimal Polycomb Repressive Deubiquitinase (PR-DUB) complex formed by the human deubiquitinase BAP1 and the DEUBiquitinase ADaptor (DEUBAD) domain of its co-factor ASXL2. These ubiquitination/deubiquitination assays can be conducted in the context of either recombinant nucleosomes reconstituted with bacteria-purified proteins or native nucleosomes purified from mammalian cells. We highlight the intricacies that can have a significant impact on these reactions and we propose that the general principles of these protocols can be swiftly adapted to other E3 ubiquitin ligases and deubiquitinases.

Ubiquitination is a post-translational modification that plays important roles in cellular processes and is tightly coordinated by deubiquitination. Defects in both reactions underlie human pathologies. We provide protocols for conducting ubiquitination and deubiquitination reaction in vitro using purified components.

ヌクレオソームヒストンのインビトロユビキチン化とデュービキチン化アッセイ

Ubiquitination is a post-translational modification that plays important roles in various signaling pathways and is notably involved in the coordination ...

生化学

Assays for Validating Histone Acetyltransferase Inhibitors

Lysine acetyltransferases (KATs) catalyze acetylation of lysine residues on histones and other proteins to regulate chromatin dynamics and gene expression. KATs, such as CBP/p300, are under intense investigation as therapeutic targets due to their critical role in tumorigenesis of diverse cancers. The development of novel small molecule inhibitors targeting the histone acetyltransferase (HAT) function of KATs is challenging and requires robust assays that can validate the specificity and potency of potential inhibitors.
This article outlines a pipeline of three methods that provide rigorous in vitro validation for novel HAT inhibitors (HATi). These methods include a test tube HAT assay, Chromatin Hyperacetylation Inhibition (ChHAI) assay, and Chromatin Immunoprecipitation-quantitative PCR (ChIP-qPCR). In the HAT assay, recombinant HATs are incubated with histones in a test tube reaction, allowing for acetylation of specific lysine residues on the histone tails. This reaction can be blocked by a HATi and the relative levels of site-specific histone acetylation can be measured via immunoblotting. Inhibitors identified in the HAT assay need to be confirmed in the cellular environment.
The ChHAI assay uses immunoblotting to screen for novel HATi that attenuate the robust hyperacetylation of histones induced by a histone deacetylase inhibitor (HDACi). The addition of an HDACi is helpful because basal levels of histone acetylation can be difficult to detect via immunoblotting.
The HAT and ChHAI assays measure global changes in histone acetylation, but do not provide information regarding acetylation at specific genomic regions. Therefore, ChIP-qPCR is used to investigate the effects of HATi on histone acetylation levels at gene regulatory elements. This is accomplished through selective immunoprecipitation of histone-DNA complexes and analysis of the purified DNA through qPCR. Together, these three assays allow for the careful validation of the specificity, potency, and mechanism of action of novel HATi.

Inhibitors of histone acetyltransferases (HATs, also known as lysine acetyltransferases), such as CBP/p300, are potential therapeutics for treating cancer. However, rigorous methods for validating these inhibitors are needed. Three in vitro methods for validation include HAT assays with recombinant acetyltransferases, immunoblotting for histone acetylation in cell culture, and ChIP-qPCR.

ヒストンアセチルトランスビセラーゼ阻害剤の検証のためのアッセイ

Lysine acetyltransferases (KATs) catalyze acetylation of lysine residues on histones and other proteins to regulate chromatin dynamics and gene ...

がん研究

CD Spectroscopy to Study DNA-Protein Interactions

Circular dichroism (CD) spectroscopy is a simple and convenient method to investigate the secondary structure and interactions of biomolecules. Recent advancements in CD spectroscopy have enabled the study of DNA-protein interactions and conformational dynamics of DNA in different microenvironments in detail for a better understanding of transcriptional regulation in vivo. The area around a potential transcription zone needs to be unwound for transcription to occur. This is a complex process requiring the coordination of histone modifications, binding of the transcription factor to DNA, and other chromatin remodeling activities. Using CD spectroscopy, it is possible to study conformational changes in the promoter region caused by regulatory proteins, such as ATP-dependent chromatin remodelers, to promote transcription. The conformational changes occurring in the protein can also be monitored. In addition, queries regarding the affinity of the protein towards its target DNA and sequence specificity can be addressed by incorporating mutations in the target DNA. In short, the unique understanding of this sensitive and inexpensive method can predict changes in chromatin dynamics, thereby improving the understanding of transcriptional regulation.

The interaction of an ATP-dependent chromatin remodeler with a DNA ligand is described using CD spectroscopy. The induced conformational changes on a gene promoter analyzed by the peaks generated can be used to understand the mechanism of transcriptional regulation.

DNA-タンパク質相互作用を研究するためのCD分光法

Circular dichroism (CD) spectroscopy is a simple and convenient method to investigate the secondary structure and interactions of biomolecules. Recent ...

In Vitro Characterization of Histone Chaperones using Analytical, Pull-Down and Chaperoning Assays

Histone proteins associate with DNA to form the eukaryotic chromatin. The basic unit of chromatin is a nucleosome, made up of a histone octamer consisting of two copies of the core histones H2A, H2B, H3, and H4, wrapped around by the DNA. The octamer is composed of two copies of an H2A/H2B dimer and a single copy of an H3/H4 tetramer. The highly charged core histones are prone to non-specific interactions with several proteins in the cellular cytoplasm and the nucleus. Histone chaperones form a diverse class of proteins that shuttle histones from the cytoplasm into the nucleus and aid their deposition onto the DNA, thus assisting the nucleosome assembly process. Some histone chaperones are specific for either H2A/H2B or H3/H4, and some function as chaperones for both. This protocol describes how in vitro laboratory techniques such as pull-down assays, analytical size-exclusion chromatography, analytical ultra-centrifugation, and histone chaperoning assay could be used in tandem to confirm whether a given protein is functional as a histone chaperone.

In Vitro Characterization of Histone Chaperones using Analytical, Pull-Down and Chaperoning Assays

This protocol describes a battery of methods that includes analytical size-exclusion chromatography to study histone chaperone oligomerization and stability, pull-down assay to unravel histone chaperone-histone interactions, AUC to analyze the stoichiometry of the protein complexes, and histone chaperoning assay to functionally characterize a putative histone chaperone in vitro.

インビトロ 分析アッセイ、プルダウンアッセイ、シャペロニングアッセイを使用したヒストンシャペロンの特性評価

Histone proteins associate with DNA to form the eukaryotic chromatin. The basic unit of chromatin is a nucleosome, made up of a histone octamer consisting ...

Deciphering Molecular Mechanism of Histone Assembly by DNA Curtain Technique

Chromatin is a higher-order structure that packages eukaryotic DNA. Chromatin undergoes dynamic alterations according to the cell cycle phase and in response to environmental stimuli. These changes are essential for genomic integrity, epigenetic regulation, and DNA metabolic reactions such as replication, transcription, and repair. Chromatin assembly is crucial for chromatin dynamics and is catalyzed by histone chaperones. Despite extensive studies, the mechanisms by which histone chaperones enable chromatin assembly remains elusive. Moreover, the global features of nucleosomes organized by histone chaperones are poorly understood. To address these problems, this work describes a unique single-molecule imaging technique named DNA curtain, which facilitates the investigation of the molecular details of nucleosome assembly by histone chaperones. DNA curtain is a hybrid technique that combines lipid fluidity, microfluidics, and total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM) to provide a universal platform for real-time imaging of diverse protein-DNA interactions.Using DNA curtain, the histone chaperone function of Abo1, the Schizosaccharomyces pombe bromodomain-containing AAA+ ATPase, is investigated, and the molecular mechanism underlying histone assembly of Abo1 is revealed. DNA curtain provides a unique approach for studying chromatin dynamics.

DNA curtain, a high-throughput single-molecule imaging technique, provides a platform for real-time visualization of diverse protein-DNA interactions. The present protocol utilizes the DNA curtain technique to investigate the biological role and molecular mechanism of Abo1, a Schizosaccharomyces pombe bromodomain-containing AAA+ ATPase.

DNAカーテン法によるヒストン集合の分子機構の解明

Chromatin is a higher-order structure that packages eukaryotic DNA. Chromatin undergoes dynamic alterations according to the cell cycle phase and in ...

Chromatin Immunoprecipitation (ChIP) to Assay Dynamic Histone Modification in Activated Gene Expression in Human Cells

In response to a variety of extracellular ligands, the STAT (signal transducer and activator of transcription) transcription factors are rapidly recruited from their latent state in the cytoplasm to cell surface receptors where they are activated by phosphorylation at a single tyrosine residue1. They then dimerize and translocate to the nucleus to drive the transcription of target genes, affecting growth, differentiation, homeostasis and the immune response. Not surprisingly, given their widespread involvement in normal cell processes, dysregulation of STAT function contributes to human disease, particularly to cancers2 and autoimmune diseases3. It is well established that transcription is regulated by alterations to the chromatin template4,5. These alterations include the activities of ATP-dependent complexes, as well as covalent histone modifications and DNA methylation6. Because STAT activation of gene expression is both rapid and transient, it requires specific mechanisms for modulating the chromatin template at STAT-dependent gene loci. To define these mechanisms, we characterize the histone modifications and the enzymatic activities that generate them at gene loci that respond to STAT signaling. This protocol describes chromatin immunoprecipitation, a method that is valuable for the study of STAT signaling to chromatin in activated gene expression.

Chromatin Immunoprecipitation ChIP to Assay Dynamic Histone Modification in Activated Gene Expression in Human Cells

This protocol describes how chromatin immunoprecipitation (ChIP) is used to study the dynamic alterations to the chromatin template that regulate transcription induced by a signal transduction pathway.

ヒト細胞において活性化遺伝子発現のアッセイのダイナミックヒストン修飾のクロマチン免疫沈降（ChIP）

In response to a variety of extracellular ligands, the STAT (signal transducer and activator of transcription) transcription factors are rapidly recruited ...

生物学

HAT1酵素活性スクリーニングのためのクリックベースアッセイの開発

An Acetyl-Click Chemistry Assay to Measure Histone Acetyltransferase 1 Acetylation

HAT1, also known as Histone acetyltransferase 1, plays a crucial role in chromatin synthesis by stabilizing and acetylating nascent H4 before nucleosome assembly. It is required for tumor growth in various systems, making it a potential target for cancer treatment. To facilitate the identification of compounds that can inhibit HAT1 enzymatic activity, we have devised an acetyl-click assay for rapid screening. In this simple assay, we employ recombinant HAT1/Rbap46, which is purified from activated human cells. The method utilizes the acetyl-CoA analog 4-pentynoyl-CoA (4P) in a click-chemistry approach. This involves the enzymatic transfer of an alkyne handle through a HAT1-dependent acylation reaction to a biotinylated H4 N-terminal peptide. The captured peptide is then immobilized on neutravidin plates, followed by click-chemistry functionalization with biotin-azide. Subsequently, streptavidin-peroxidase recruitment is employed to oxidize amplex red, resulting in a quantitative fluorescent output. By introducing chemical inhibitors during the acylation reaction, we can quantify enzymatic inhibition based on a reduction of the fluorescence signal. Importantly, this reaction is scalable, allowing for high throughput screening of potential inhibitors for HAT1 enzymatic activity.

著者スポットライト:HAT1阻害剤スクリーニングのためのアセチルクリックアッセイの開発

Quick and accurate chemical assays to screen for specific inhibitors are an important tool in the drug development arsenal. Here, we present a scalable acetyl-click chemistry assay to measure the inhibition of HAT1 acetylation activity.

ヒストンアセチルトランスフェラーゼ1アセチル化を測定するためのアセチルクリックケミストリーアッセイ

HAT1, also known as Histone acetyltransferase 1, plays a crucial role in chromatin synthesis by stabilizing and acetylating nascent H4 before nucleosome ...

ATP依存性クロマチンリモデリング酵素の活性を分析するための生化学的アッセイ

要約

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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

転写因子の結合、細胞活性中に事象を表示する転写、翻訳、回転率のリアルタイム解析

ヌクレオソームヒストンのインビトロユビキチン化とデュービキチン化アッセイ

ヒストンアセチルトランスビセラーゼ阻害剤の検証のためのアッセイ

DNA-タンパク質相互作用を研究するためのCD分光法

インビトロ分析アッセイ、プルダウンアッセイ、シャペロニングアッセイを使用したヒストンシャペロンの特性評価

DNAカーテン法によるヒストン集合の分子機構の解明

ヒト細胞において活性化遺伝子発現のアッセイのダイナミックヒストン修飾のクロマチン免疫沈降（ChIP）

ヒストンアセチルトランスフェラーゼ1アセチル化を測定するためのアセチルクリックケミストリーアッセイ

ヒストンアセチルトランスフェラーゼ1アセチル化を測定するためのアセチルクリックケミストリーアッセイ

ATP依存性クロマチンリモデリング酵素の活性を分析するための生化学的アッセイ

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転写因子の結合、細胞活性中に事象を表示する転写、翻訳、回転率のリアルタイム解析

ヌクレオソームヒストンのインビトロユビキチン化とデュービキチン化アッセイ

ヒストンアセチルトランスビセラーゼ阻害剤の検証のためのアッセイ

DNA-タンパク質相互作用を研究するためのCD分光法

インビトロ 分析アッセイ、プルダウンアッセイ、シャペロニングアッセイを使用したヒストンシャペロンの特性評価

DNAカーテン法によるヒストン集合の分子機構の解明

ヒト細胞において活性化遺伝子発現のアッセイのダイナミックヒストン修飾のクロマチン免疫沈降（ChIP）

ヒストンアセチルトランスフェラーゼ1アセチル化を測定するためのアセチルクリックケミストリーアッセイ

ヒストンアセチルトランスフェラーゼ1アセチル化を測定するためのアセチルクリックケミストリーアッセイ

インビトロ分析アッセイ、プルダウンアッセイ、シャペロニングアッセイを使用したヒストンシャペロンの特性評価