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Method Article
* 이 저자들은 동등하게 기여했습니다
이 방법은 히스톤 단백질형 특성화 및 조사를 위한 간단하고 빠른 전략을 설명합니다.
히스톤은 메틸화(methylation), 아세틸화(acetylation), 인산화(phosphorylation), 아실화(acylation) 및 유비퀴틴화(ubiquitination)와 같은 다양한 번역 후 변형(PTM)을 거쳐 뉴클레오솜 역학을 제어하고 세포의 운명을 결정합니다. 염색질의 기능 단위인 뉴클레오솜은 DNA, 구상핵을 구성하는 4쌍의 히스톤(H3, H4, H2A, H2B), 염색질 구조를 안정화하는 링커 히스톤 H1으로 구성됩니다. 히스톤의 아미노(N) 말단 꼬리는 구상 코어 도메인에서 돌출되어 염색질 지형에 영향을 미치는 뚜렷한 PTM을 거칩니다. 일부 증거는 히스톤 PTM 항상성이 모든 생리적 활동을 보존하는 데 중요하다는 것을 시사합니다. 히스톤 PTM의 탈조절은 비정상적인 세포 증식, 침입 및 전이의 주요 원인입니다. 따라서 히스톤 PTM을 특성화하는 방법을 개발하는 것이 중요합니다. 여기에서는 히스톤 동형을 분리하고 분석하기 위한 효과적인 기술에 대해 설명합니다. 두 개의 직교 분리의 조합을 기반으로 하는 이 방법은 히스톤 동형의 농축과 다음과 같은 질량 분석 식별을 가능하게 합니다. Shechter et al.이 원래 설명한 이 기술은 크기와 전하에 따라 염기성 히스톤 단백질을 분리할 수 있는 산-우레아 폴리아크릴아미드 겔(TAU-GEL)과 분자량에 따라 단백질을 분리할 수 있는 도데실나트륨 설페이트-폴리아크릴아미드 겔(SDS-PAGE)을 결합합니다. 그 결과 히스톤 동형의 2차원 지도가 생성되었으며, 이는 인젤 분해에 적합하며 질량 분석법 식별 및 웨스턴 블롯 분석이 뒤따릅니다. 그 결과 히스톤 동형의 2차원 지도가 생성되었으며, 이는 겔 내 소화에 이어 질량 분광법 식별 및 웨스턴 블롯 분석에 적합합니다. 이 단백질체 접근법은 단일 히스톤 동형을 농축하고 새로운 히스톤 PTM을 특성화할 수 있는 강력한 방법입니다.
암 발병, 진행 및 화학 저항성은 히스톤 PTM을 포함한 유전 및 후성 유전 학적 사건과 관련이 있습니다. 히스톤은 염색질 역학을 조절하고 세포의 운명을 지시하는 다양한 PTM을 겪습니다1.
뉴클레오솜(nucleosome)은 염색질의 기능 단위이며 DNA가 핵으로 패키징될 수 있도록 하는 DNA와 단백질의 분자 복합체입니다. 뉴클레오솜 코어를 구성하는 4쌍의 히스톤(H3, H4, H2A, H2B)과 염색질 구조를 안정화하는 데 도움이 되는 링커 히스톤 H1으로 구성됩니다. 히스톤 아미노(N) 말단 꼬리는 구형 코어 도메인에서 돌출되어 염색질 조경에 영향을 미치는 특정 번역 후 변형을 겪습니다2.
지금까지 적어도 23 종류의 히스톤 PTM이 알려져 있습니다. 이러한 PTM은 주로 메틸화, 아세틸화, 인산화, 글리코실화, 유비퀴틸화, SUMOylation 및 ADP-리보실화로 구성되는 공유 변형입니다3. 또한, 후성유전체 항상성과 대사 재배전 사이의 긴밀한 상관관계가 최근에 제안되었으며, 이는 가능한 히스톤 수 PTM의 기하급수적인 증가를 설명합니다 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 . 변형 효소에 의해 증착, 삭제 및 형질전환된 히스톤 PTM은 각각 writers, erasers 및 readers로 명명됩니다. 이는 염색질 구조의 물리적, 화학적 특성에 영향을 미치며, 종양 억제 유전자 및 종양 유전자 14,15,16의 발현을 포함한 유전자 발현 프로파일에 영향을 미칩니다.
히스톤 프로테오폼의 수는 히스톤 변이체로 뉴클레오솜에 통합될 때 증가합니다. 이러한 변이체는 표준 히스톤의 비대립형질 이소형이며 염색질의 화학적, 물리적 특성을 변경하여 복잡성을 추가합니다. 표준 히스톤과 비교하여, 히스톤 변이체는 고유한 번역 후 변형을 겪거나 특정 염색질 성분과 상호 작용하는 기능적 도메인을 가지고 있어 뉴클레오솜17의 역학 및 안정성에 영향을 미칩니다.
암세포에서 히스톤 PTM 및 변이체의 탈조절은 유전자 발현 프로파일에 영향을 미쳐 비정상적인 세포 증식, 침입, 전이 및 약물 내성 경로의 활성화로 이어집니다 3,18,19,20. 히스톤 또는 염색질 리모델링 복합체 내의 돌연변이는 세포 표현형을 변화시켜 종양 변형에 기여할 수 있습니다. 히스톤 메틸화와 같은 후성유전학적 변형의 축적은 약물 내성 경로를 활성화하는 핵심 요인입니다 21,22,23. 29개의 유전자로 암호화된 15개의 소단위로 구성된 SWI/SNF 복합체 내의 돌연변이는 많은 종양 유형에 걸쳐 인간 암의 20% 이상에 영향을 미칩니다. 지난 10년 동안 후성유전학 기반 약물 전략(epi-drugs)이 개발되었으며, 비정상적인 히스톤 변형 패턴을 가진 암을 표적으로 하는 많은 약물이 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받았습니다23.
히스톤 단백질의 분석은 매우 까다롭기 때문에 까다로운 연구 분야입니다. 최근에는 질량 분석 방법이 히스톤 단백질형을 특성화하고 연구하는 데 선호되는 방법이 되었습니다. 그러나 일부 변이체의 낮은 용해도와 높은 염기서열 상동성과 함께 급격한 추출 조건으로 인해 분석이 까다로워집니다.
지난 10 년 동안 히스톤 프로파일 링 및 조사를 위해 여러 질량 분석 기반 방법이 개발되었습니다24 , 25 , 26 , 27 . 이 연구에서는 히스톤 단백질형의 2차원 지도를 만드는 비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 방법을 제시하여 새로운 번역 후 변형을 발견할 가능성을 높일 수 있습니다.
2D TAU 전기영동은 산성 조건에서의 분리와 SDS PAGE를 결합합니다. 첫 번째 차원에서 매질의 산성 조건은 염기성 단백질에 순 양전하를 제공합니다. 히스톤은 매우 기본적인 단백질이고 매질에 비해 등전점(pH)이 높기 때문에 양전하를 띠고 전기장 아래로 이동합니다. 두 번째 차원에서 히스톤은 SDS에 의해 변성되고 분자량에 따라 분리됩니다. 결과 2D 맵은 질량 분석 및 면역학 연구를 위해 단일 지점 해상도에서 특정 단백질형을 풍부하게 하는 도구로 사용할 수 있습니다28,29. 전기영동 후 2D TAU 스폿을 염색하고 트립신을 분해하며 질량 분석법으로 분석할 수 있습니다. 또는 2D TAU 맵을 니트로셀룰로오스/PVDF 필터에 블롯팅하고 면역염색27로 조사할 수 있습니다.
이러한 맥락에서, 이 방법은 대사 재배선과 관련된 새로운 번역 후 변형의 식별 및 분석을 개선하기 위해 전략적일 수 있습니다30,31.
우리는 DNA 분해 및 단백질 용해도 개선에 도움이 되는 초음파 처리 단계를 통합하여 원래 방법을 더욱 개선했습니다. 또한, 우리는 고순도의 단백질 샘플을 얻기 위해 히스톤 추출을 위한 배양 단계를 연장했습니다. 또한, 우리의 프로토콜에서는 더 나은 해상도를 달성하기 위해 더 오랜 시간 동안 저전압에서 1차원을 실행했습니다. 생성된 겔은 표준 히스톤 PTM을 조사하고 당화10,32와 같은 새로운 변형을 특성화하는 데 사용되었습니다.
전반적으로, 우리는 히스톤을 추출하고 정제하는 방법을 개발했으며, 그 다음에는 2차원 지도를 사용하여 히스톤 단백질형을 분해했습니다. 이 작업에는 질량 분석 분석을 위한 인겔 분해 절차와 2차원 웨스턴 블롯 분석 단계도 포함됩니다.
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1. 히스톤 추출
2. 미니 2D 젤 트리톤-산-우레아(TAU) 전기영동
3. 실버 염색 32
4. 젤 내 소화
5. 2DTAU 웨스턴 블롯
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그림 1A에서는 히스톤 단백질이 1D 겔에서 어떻게 이동하는지 관찰할 수 있습니다. 이것은 1차원의 실행 시간을 이해하기 위한 중요한 예비 단계입니다. 적절한 분리 시간이 결정되면 2차원을 실행합니다. 히스톤 원형의 2D 지도는 독특한 지형 패턴을 보여줍니다(그림 1B). 그림 1B의 각 반점은 특정 히스톤 ?...
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지난 10년 동안 암 환자 치료법은 암 발병과 진행을 주도하는 다양한 분자 변화를 확인함으로써 혁명을 일으켰습니다. 현대 종양학에서 가장 중요한 발전은 포괄적인 분자 분석을 기반으로 한 치료법의 개발입니다. 유전체학 및 단백질체학의 기술 발전은 조기 발견, 감시, 예후 및 약물 모니터링을 위한 특정 바이오마커를 프로파일링하는 데 중요한 역할을 했습니다. 단?...
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저자는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
이 작업은 PRIN2022, DS, CF, AC는 PRIN2022의 지원을 받았으며, MLC는 UMG 박사 프로그램 학교인 분자 종양학 박사 과정의 지원을 받았습니다. 이 작업은 프로젝트 PNRR INSIDE CUP: B83C22003920001의 지원도 받았습니다.
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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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