Name: continuous fluorescence-based endonuclease-coupled dna methylation assay to screen for dna methyltransferase inhibitors
Uploaded: 2022-08-05T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Continuous Fluorescence-Based Endonuclease-Coupled DNA Methylation Assay to Screen for DNA Methyltransferase Inhibitors at JoVE.com

著者らは、この研究を支援してくれたバックネル大学と化学科に感謝する。

1. スクリーニング用のアッセイ溶液を調製する
注:このアッセイで使用される基質の濃度は調整できます。RFTSが存在しないDNMT1の場合、ヘアピンDNA基質とSAMについて実験的に決定されたKm値は、それぞれ1〜2 nMおよび2 μMであり、それぞれ26,40です。
<ol><li>氷上のマイクロ遠心チューブで試験する各アッセイ...

<ol>
	<li>Jurkowska, R. Z., Jurkowski, T. P., Jeltsch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+function+of+mammalian+DNA+methyltransferases.">Structure and function of mammalian DNA methyltransferases.</a> Chembiochem. 12 (2), 206-222 (2011).</li><li>Hamidi, T., Singh, A. K., Chen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+alterations+of+DNA+methylation+machinery+in+human+diseases.">Genetic alterations of DNA methylation machinery in human diseases.</a> Epigenomics. 7 (2), 247-265 (2015).</li><li>Norvil, A. B., Saha, D., Dar, M. S., Gowher, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+disease-associated+germline+mutations+on+structure+function+relationship+of+DNA+methyltransferases.">Effect of disease-associated germline mutations on structure function relationship of DNA methyltransferases.</a> Genes. 10 (5), 369 (2019).</li><li>Foulks, J. M., 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=Epigenetic+drug+discovery:+targeting+DNA+methyltransferases.">Epigenetic drug discovery: targeting DNA methyltransferases.</a> Journal of Biomolecular Screening. 17 (1), 2-17 (2012).</li><li>Goll, M. G., Bestor, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eukaryotic+cytosine+methyltransferases.">Eukaryotic cytosine methyltransferases.</a> Annual Review of Biochemistry. 74, 481-514 (2005).</li><li>Bigey, P., Ramchandani, S., Theberge, J., Araujo, F. D., Szyf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcriptional+regulation+of+the+human+DNA+Methyltransferase+(dnmt1)+gene.">Transcriptional regulation of the human DNA Methyltransferase (dnmt1) gene.</a> Gene. 242 (1-2), 407-418 (2000).</li><li>Detich, N., Ramchandani, S., Szyf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+conserved+3'-untranslated+element+mediates+growth+regulation+of+DNA+methyltransferase+1+and+inhibits+its+transforming+activity.">A conserved 3'-untranslated element mediates growth regulation of DNA methyltransferase 1 and inhibits its transforming activity.</a> Journal of Biological Chemistry. 276 (27), 24881-24890 (2001).</li><li>MacLeod, A. R., Rouleau, J., Szyf, M. <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+DNA+methylation+by+the+Ras+signaling+pathway.">Regulation of DNA methylation by the Ras signaling pathway.</a> Journal of Biological Chemistry. 270 (19), 11327-11337 (1995).</li><li>Slack, A., Cervoni, N., Pinard, M., Szyf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+methyltransferase+is+a+downstream+effector+of+cellular+transformation+triggered+by+simian+virus+40+large+T+antigen.">DNA methyltransferase is a downstream effector of cellular transformation triggered by simian virus 40 large T antigen.</a> Journal of Biological Chemistry. 274 (15), 10105-10112 (1999).</li><li>Eads, C. A., Nickel, A. E., Laird, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complete+genetic+suppression+of+polyp+formation+and+reduction+of+CpG-island+hypermethylation+in+Apc(Min/+)+Dnmt1-hypomorphic+mice.">Complete genetic suppression of polyp formation and reduction of CpG-island hypermethylation in Apc(Min/+) Dnmt1-hypomorphic mice.</a> Cancer Research. 62, 1296-1299 (2002).</li><li>MacLeod, A. R., Szyf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expression+of+antisense+to+DNA+methyltransferase+mRNA+induces+DNA+demethylation+and+inhibits+tumorigenesis.">Expression of antisense to DNA methyltransferase mRNA induces DNA demethylation and inhibits tumorigenesis.</a> Journal of Biological Chemistry. 270 (14), 8037-8043 (1995).</li><li>Ramchandani, S., MacLeod, A. R., Pinard, M., von Hofe, E., Szyf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibition+of+tumorigenesis+by+a+cytosine-DNA,+methyltransferase,+antisense+oligodeoxynucleotide.">Inhibition of tumorigenesis by a cytosine-DNA, methyltransferase, antisense oligodeoxynucleotide.</a> Proceedings of the National Academy Sciences of the United States of America. 94 (2), 684-689 (1997).</li><li>Ley, T. 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=DNMT3A+mutations+in+acute+myeloid+leukemia.">DNMT3A mutations in acute myeloid leukemia.</a> New England Journal of Medicine. 363, 2424-2433 (2010).</li><li>Walter, M. 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=Recurrent+DNMT3A+mutations+in+patients+with+myelodysplastic+syndromes.">Recurrent DNMT3A mutations in patients with myelodysplastic syndromes.</a> Leukemia. 25 (7), 1153-1158 (2011).</li><li>Russler-Germain, D. A., 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=The+R882H+DNMT3A+mutation+associated+with+AML+dominantly+inhibits+wild-type+DNMT3A+by+blocking+its+ability+to+form+active+tetramers.">The R882H DNMT3A mutation associated with AML dominantly inhibits wild-type DNMT3A by blocking its ability to form active tetramers.</a> Cancer Cell. 25 (4), 442-454 (2014).</li><li>Roll, J. D., Rivenbark, A. G., Jones, W. D., Coleman, W. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNMT3b+overexpression+contributes+to+a+hypermethylator+phenotype+in+human+breast+cancer+cell+lines.">DNMT3b overexpression contributes to a hypermethylator phenotype in human breast cancer cell lines.</a> Molecular Cancer. 7, 15 (2008).</li><li>Nosho, K., 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=DNMT3B+expression+might+contribute+to+CpG+island+methylator+phenotype+in+colorectal+cancer.">DNMT3B expression might contribute to CpG island methylator phenotype in colorectal cancer.</a> Clinical Cancer Research. 15 (11), 3663-3671 (2009).</li><li>Erdmann, A., Halby, L., Fahy, J., Arimondo, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+DNA+methylation+with+small+molecules:+what's+next.">Targeting DNA methylation with small molecules: what's next.</a> Journal of Medicinal Chemistry. 58 (6), 2569-2583 (2015).</li><li>Chuang, J. C., 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=S110,+a+5-Aza-2'-deoxycytidine-containing+dinucleotide,+is+an+effective+DNA+methylation+inhibitor+in+vivo+and+can+reduce+tumor+growth.">S110, a 5-Aza-2'-deoxycytidine-containing dinucleotide, is an effective DNA methylation inhibitor in vivo and can reduce tumor growth.</a> Molecular Cancer Therapeutics. 9 (5), 1443-1450 (2010).</li><li>Issa, J. 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=Safety+and+tolerability+of+guadecitabine+(SGI-110)+in+patients+with+myelodysplastic+syndrome+and+acute+myeloid+leukaemia:+a+multicentre,+randomised,+dose-escalation+phase+1+study.">Safety and tolerability of guadecitabine (SGI-110) in patients with myelodysplastic syndrome and acute myeloid leukaemia: a multicentre, randomised, dose-escalation phase 1 study.</a> Lancet Oncology. 16 (9), 1099-1110 (2015).</li><li>Datta, 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+new+class+of+quinoline-based+DNA+hypomethylating+agents+reactivates+tumor+suppressor+genes+by+blocking+DNA+methyltransferase+1+activity+and+inducing+its+degradation.">A new class of quinoline-based DNA hypomethylating agents reactivates tumor suppressor genes by blocking DNA methyltransferase 1 activity and inducing its degradation.</a> Cancer Research. 69 (10), 4277-4285 (2009).</li><li>Zambrano, P., 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+phase+I+study+of+hydralazine+to+demethylate+and+reactivate+the+expression+of+tumor+suppressor+genes.">A phase I study of hydralazine to demethylate and reactivate the expression of tumor suppressor genes.</a> BMC Cancer. 5, 44 (2005).</li><li>Lee, B. H., Yegnasubramanian, S., Lin, X., Nelson, W. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Procainamide+is+a+specific+inhibitor+of+DNA+methyltransferase+1.">Procainamide is a specific inhibitor of DNA methyltransferase 1.</a> Journal of Biological Chemistry. 280 (49), 40749-40756 (2005).</li><li>Asgatay, S., 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=Synthesis+and+evaluation+of+analogues+of+N-phthaloyl-l-tryptophan+(RG108)+as+inhibitors+of+DNA+methyltransferase+1.">Synthesis and evaluation of analogues of N-phthaloyl-l-tryptophan (RG108) as inhibitors of DNA methyltransferase 1.</a> Journal of Medicinal Chemstry. 57 (2), 421-434 (2014).</li><li>Ceccaldi, A., 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=C5-DNA+methyltransferase+inhibitors:+from+screening+to+effects+on+zebrafish+embryo+development.">C5-DNA methyltransferase inhibitors: from screening to effects on zebrafish embryo development.</a> Chembiochem. 12 (9), 1337-1345 (2011).</li><li>Fagan, R. L., Wu, M., Ch&#233;din, F., Brenner, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+ultrasensitive+high+throughput+screen+for+DNA+methyltransferase+1-targeted+molecular+probes.">An ultrasensitive high throughput screen for DNA methyltransferase 1-targeted molecular probes.</a> PLoS One. 8 (11), 78752 (2013).</li><li>Fagan, R. L., Cryderman, D. E., Kopelovich, L., Wallrath, L. L., Brenner, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laccaic+acid+A+is+a+direct,+DNA-competitive+inhibitor+of+DNA+methyltransferase+1.">Laccaic acid A is a direct, DNA-competitive inhibitor of DNA methyltransferase 1.</a> Journal of Biological Chemistry. 288 (33), 23858-23867 (2013).</li><li>Eglen, R. M., Reisine, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Screening+for+compounds+that+modulate+epigenetic+regulation+of+the+transcriptome:+an+overview.">Screening for compounds that modulate epigenetic regulation of the transcriptome: an overview.</a> Journal of Biomolecular Screening. 16 (10), 1137-1152 (2011).</li><li>Holz-Schietinger, C., Matje, D. M., Reich, N. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mutations+in+DNA+methyltransferase+(DNMT3A)+observed+in+acute+myeloid+leukemia+patients+disrupt+processive+methylation.">Mutations in DNA methyltransferase (DNMT3A) observed in acute myeloid leukemia patients disrupt processive methylation.</a> Journal of Biological Chemistry. 287 (37), 30941-30951 (2012).</li><li>Norvil, A. B., 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=Dnmt3b+methylates+DNA+by+a+noncooperative+mechanism,+and+its+activity+is+unaffected+by+manipulations+at+the+predicted+dimer+interface.">Dnmt3b methylates DNA by a noncooperative mechanism, and its activity is unaffected by manipulations at the predicted dimer interface.</a> Biochemistry. 57 (29), 4312-4324 (2018).</li><li>Bashtrykov, P., Ragozin, S., Jeltsch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanistic+details+of+the+DNA+recognition+by+the+Dnmt1+DNA+methyltransferase.">Mechanistic details of the DNA recognition by the Dnmt1 DNA methyltransferase.</a> FEBS Letters. 586 (13), 1821-1823 (2012).</li><li>Bashtrykov, P., 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=Targeted+mutagenesis+results+in+an+activation+of+DNA+methyltransferase+1+and+confirms+an+autoinhibitory+role+of+its+RFTS+domain.">Targeted mutagenesis results in an activation of DNA methyltransferase 1 and confirms an autoinhibitory role of its RFTS domain.</a> Chembiochem. 15 (5), 743-748 (2014).</li><li>Berkyurek, A. C., 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=The+DNA+methyltransferase+Dnmt1+directly+interacts+with+the+SET+and+RING+finger-associated+(SRA)+domain+of+the+multifunctional+protein+Uhrf1+to+facilitate+accession+of+the+catalytic+center+to+hemi-methylated+DNA.">The DNA methyltransferase Dnmt1 directly interacts with the SET and RING finger-associated (SRA) domain of the multifunctional protein Uhrf1 to facilitate accession of the catalytic center to hemi-methylated DNA.</a> Journal of Biological Chemistry. 289 (1), 379-386 (2014).</li><li>Kanada, K., Takeshita, K., Suetake, I., Tajima, S., Nakagawa, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conserved+threonine+1505+in+the+catalytic+domain+stabilizes+mouse+DNA+methyltransferase+1.">Conserved threonine 1505 in the catalytic domain stabilizes mouse DNA methyltransferase 1.</a> Journal of Biochemistry. 162 (4), 271-278 (2017).</li><li>Bashtrykov, P., 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=Specificity+of+Dnmt1+for+methylation+of+hemimethylated+CpG+sites+resides+in+its+catalytic+domain.">Specificity of Dnmt1 for methylation of hemimethylated CpG sites resides in its catalytic domain.</a> Chemistry &amp; Biology. 19 (5), 572-578 (2012).</li><li>Dolen, E. K., McGinnis, J. H., Tavory, R. N., Weiss, J. A., Switzer, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disease-associated+mutations+G589A+and+V590F+relieve+replication+focus+targeting+sequence-mediated+autoinhibition+of+DNA+methyltransferase+1.">Disease-associated mutations G589A and V590F relieve replication focus targeting sequence-mediated autoinhibition of DNA methyltransferase 1.</a> Biochemistry. 58 (51), 5151-5159 (2019).</li><li>Kilgore, J. A., 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=Identification+of+DNMT1+selective+antagonists+using+a+novel+scintillation+proximity+assay.">Identification of DNMT1 selective antagonists using a novel scintillation proximity assay.</a> Journal of Biological Chemistry. 288 (27), 19673-19684 (2013).</li><li>Ceccaldi, A., 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=Identification+of+novel+inhibitors+of+DNA+methylation+by+screening+of+a+chemical+library.">Identification of novel inhibitors of DNA methylation by screening of a chemical library.</a> ACS Chemical Biology. 8 (3), 543-548 (2013).</li><li>Duchin, S., Vershinin, Z., Levy, D., Aharoni, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+continuous+kinetic+assay+for+protein+and+DNA+methyltransferase+enzymatic+activities.">A continuous kinetic assay for protein and DNA methyltransferase enzymatic activities.</a> Epigenetics &amp; Chromatin. 8, 56 (2015).</li><li>Syeda, F., 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=The+replication+focus+targeting+sequence+(RFTS)+domain+is+a+DNA-competitive+inhibitor+of+Dnmt1.">The replication focus targeting sequence (RFTS) domain is a DNA-competitive inhibitor of Dnmt1.</a> Journal of Biological Chemistry. 286 (17), 15344-15351 (2011).</li><li>Switzer, R. L., Medrano, J., Reedel, D. A., Weiss, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Substituted+anthraquinones+represent+a+potential+scaffold+for+DNA+methyltransferase+1-specific+inhibitors.">Substituted anthraquinones represent a potential scaffold for DNA methyltransferase 1-specific inhibitors.</a> PLoS One. 14 (7), 0219830 (2019).</li></ol>

DNAメチルトランスフェラーゼの阻害剤を同定し、特徴付けるには、酵素の活性を測定する必要があります。DNAメチルトランスフェラーゼ活性を調べるためのいくつかの方法が存在します。活動は一般的に放射能を使用して監視されます。SAMの標識メチル基の転移は、29、30、31、32、33、<sup...

DNAメチル化は、遺伝子発現とクロマチン構造を調節する重要なエピジェネティックマークです。メチル化は主にCpGジヌクレオチド - シトシン、続いてグアノシンで起こる。メチル基はシトシンの5位に付加される。適切な細胞の発生と機能には、正しいDNAメチル化パターン、したがって適切な遺伝子発現が必要です。多くの疾患状態は、正常なメチル化パターンの変化と関連している1,2,3。たとえば、がんの開始と進行、およびDNAメチル化パターンの変化との間には関連性があります。通常、癌細胞はメチルシトシンの全体的なレベルが低く、これがゲノム不安定性の一因となります。同時に、ゲノム中に存在するメチルシトシンは、腫瘍抑制遺伝子のプロモーター領域に集中しており、これらの重要なタンパク質の遺伝子サイレンシングをもたらす。特に、エピジェネティックな変化は、腫瘍形成に関連するDNA変異とは異なり、動的で可逆的です。これにより、エピジェネティックな遺伝子制御に関与するタンパク質が興味深い薬物標的になりました2,4。
DNAメチルトランスフェラーゼ(DNMT)は、DNAメチル化パターンの生成と維持に関与するタンパク質です。3つの触媒活性アイソザイム、DNMT1、DNMT3a、およびDNMT3bがヒトに存在します。発生および分化の過程で、de novoメチルトランスフェラーゼであるDNMT3aおよびDNMT3bはメチル化パターンを確立します。両方の酵素は、触媒的に不活性なDNMT3Lタンパク質に結合して、増加した活性を示す複合体を形成することができます1,5。細胞分裂後、娘細胞にはヘミメチル化DNA(二重鎖の1本鎖のみにメチルシトシンを含むDNA)が含まれていますが、これは新しく合成されたDNAにメチル化マークがないためです。DNMT1の主な機能は、このヘミメチル化DNAをメチル化し、完全なメチル化パターンを再確立することです1,5。
DNMT活性とがんとの関連は十分に確立されています。転写機構または翻訳後機構のいずれかによるDNMT1の過剰発現は、いくつかの一般的な発癌経路の結果である6、7、8、9。低形態対立遺伝子を用いたDNMT1活性を低下させる遺伝的アプローチは、Apc(Min)マウスにおける腫瘍形成の減少をもたらす10。DNMT1をノックダウンするアンチセンスオリゴヌクレオチドは、細胞培養およびマウス腫瘍モデルにおける新生物を阻害する11、12。したがって、DNMT1活性を阻害することは、有望な癌治療アプローチのように思われます。しかし、DNMT3アイソザイムが果たす役割はそれほど単純ではありません。DNMT3a変異は、急性骨髄性白血病13および骨髄異形成症候群14に見られます。同定された変異の少なくとも1つは、酵素15のDNAメチル化活性を低下させることが示されている。しかし、DNMT3bは乳癌16および結腸直腸癌17において過剰発現している。さまざまなDNMTアイソザイムが発がんにおいて異なる役割を果たしているため、アイソザイム特異的阻害剤の同定が重要になります。これらの化合物は治療薬の開発に役立つだけでなく、アイソザイム特異的阻害剤は、がんの病因における各DNMTアイソザイムの役割を分析するための非常に貴重なツールにもなります。
いくつかのDNMT阻害剤が文献で報告されています。既知のDNMT阻害剤は、ヌクレオシドと非ヌクレオシドの2つのクラスに分けることができます。ヌクレオシド阻害剤は、典型的にはシチジン類似体である。これらの化合物はDNAに組み込まれ、DNMTを共有結合的にトラップします。 5-アザシチジンおよび5-アザ-2'-デオキシシチジンは、骨髄異形成症候群および急性骨髄性白血病の治療薬として承認されています4,18。これらの化合物の高い毒性、低いバイオアベイラビリティ、および化学的不安定性は問題を提示します。進行中の研究は、次世代のヌクレオシド阻害剤の有効性を調べることです。SGI−110は、5−アザ−2'−デオキシシチジンから誘導される、19、20の一例である。ヌクレオシド阻害剤はアイソザイム特異的ではなく、遭遇したDNMTアイソザイムを不活性化します。したがって、ヌクレオシド脱メチル化剤で処理すると、すべてのDNMTアイソザイムが枯渇します4,18。非ヌクレオシド阻害剤は、その阻害効果を発揮するためにDNAに組み込む必要はありません。代わりに、これらの分子はDNMTに直接結合し、アイソザイム特異的阻害の可能性をもたらします。SGI-1027 21、ヒドララジン22、プロカインアミド23、RG108および誘導体24、ならびに天然物、(−)−エピガロカテキン3−ガレート(EGCG)25およびラッカイン酸A26,27を含む、いくつかの非ヌクレオシド阻害剤がこれまでに発見されている。これまでに発見された非ヌクレオシド阻害剤のほとんどは、アイソザイム選択的ではないか、1つのDNMTアイソザイムに対して弱い選好を示します。さらに、これらの分子の効力は、特に細胞4,18において改善される必要がある。したがって、より強力なアイソザイム選択的DNMT阻害剤を発見または開発する必要があります。
DNMTの新しい低分子阻害剤を発見するためのハードルは、DNMT活性を調べるために伝統的に使用されている骨の折れるアッセイです28。アッセイは通常、複数のステップで不連続です。DNMTの酵素活性は、放射性S-アデノシルメチオニン(SAM)29,30,31,32,33,34を用いて日常的にアッセイされています。DNAメチル化のための非放射性アッセイも開発されています。例えば、消化産物を分離するためにメチル感受性制限エンドヌクレアーゼおよび電気泳動を利用するアッセイが記載されている35、36。これらのタイプの不連続な多段階アッセイは、創薬に容易に適していません。2000年代半ば以降、より高いスループットを有するいくつかのDNAメチル化アッセイが開発されてきた28。シンチレーション近接アッセイを用いて、DNMT1阻害剤37をスクリーニングした。メチル感受性制限エンドヌクレアーゼを利用する別のアッセイを、DNMT3a阻害剤のスクリーニングに使用した25、38。どちらのアッセイも従来のDNAメチル化アッセイよりも高いスループットを可能にしましたが、アッセイは複数のステップを必要とし、メチル化活性をリアルタイムで観察することはできません。最近では、メチル化反応の1つの生成物であるS-アデノシルホモシステイン(SAH)の形成を、NADPH酸化に関連する340 nmでの分光学的変化に結合する連続速度論アッセイが記載されている39。このアッセイでは、3つのカップリング酵素を利用して分光シグナルを生成します。
我々は、市販の単一のカップリング酵素を利用し、リアルタイムでデータを生成できる蛍光ベースのエンドヌクレアーゼ共役DNAメチル化アッセイを開発しました(図1)。3つのメチルシトシンを含むヘアピンオリゴヌクレオチドを基質として用いる。基質DNAには、5'末端に蛍光色素、3'末端に消光物質が含まれています。ヘミメチル化CpGサイトのメチル化は、エンドヌクレアーゼGla I - 完全メチル化GCGCの切断部位を生成する。生成物オリゴヌクレオチドのGla I切断は、クエンチャーから蛍光色素を放出し、リアルタイムで蛍光を生成します。このアッセイは、DNMTの任意のアイソフォームの活性を調べるために使用できます。しかし、このアイソザイムがヘミメチル化DNA1,5を優先的にメチル化するため、DNMT1ではより高い活性が観察されます。自己抑制性複製病巣標的配列(RFTS)ドメインがDNMT1から除去されると、さらに堅牢な活性が観察されます。N末端調節領域に見られるこのドメインは、触媒部位に結合し、DNA結合を妨げます。最初の~600個のアミノ酸を除去すると、完全長酵素よりも有意に活性の高い切断酵素が得られます(kcat/Kmの~640倍の増加)40。RFTS欠損DNMT1(アミノ酸621〜1616)と呼ばれるこの活性化型の酵素は、触媒力の増加により、阻害剤の同定を容易にします。この論文は、潜在的な低分子阻害剤をスクリーニングするためのアッセイでRFTS欠損DNMT1を利用するためのプロトコルを提示します。エンドヌクレアーゼ共役連続アッセイを用いて、数個の低分子の存在下および非存在下で初速度を決定する。各潜在的な阻害剤を2つの濃度で調べて、濃度依存的なDNMT1阻害を探します。小分子の存在下で観察された活性パーセントを、それぞれの場合において計算した。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62949/62949fig01.jpg"> 図1:DNAメチル化アッセイ。 5'末端に蛍光色素、3'末端に消光物質を有するヘミメチル化ヘアピンDNAを基質として使用します。DNMT1は、 S-アデノシルメチオニンから非メチル化CpG部位へのメチル基の転移を触媒し、 S-アデノシルホモシステインおよび完全メチル化DNAを生成します。DNA産物には、完全にメチル化されたGCGC部位を切断するエンドヌクレアーゼGla Iの切断部位が含まれています。製品DNAが切断されると、3'クエンチャーから5'蛍光色素が放出され、蛍光が発生します。略語:Fl =フルオロフォア;Q =クエンチャー;DNMT1 = DNAメチルトランスフェラーゼ1;SAM = S-アデノシルメチオニン;SAH = S-アデノシルホモシステイン。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62949/62949fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:791px;" width="791">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">96-well Half Area Black Flat Bottom Polystyrene Not Treated Microplate</td>
			<td style="width:100px;">Corning</td>
			<td style="width:119px;">3694</td>
			<td style="width:321px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:251px;">96-Well Polystyrene Conical Bottom Plates</td>
			<td style="width:100px;">ThermoFisher</td>
			<td style="width:119px;">249570</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Bovine Serum Albumin</td>
			<td style="width:100px;">NEB</td>
			<td style="width:119px;">B9000S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">compound 1</td>
			<td style="width:100px;">ChemBridge</td>
			<td>5812086</td>
			<td>screening compound; resuspended in DMSO to 10 mM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">compound 2</td>
			<td style="width:100px;">ChemBridge</td>
			<td>6722175</td>
			<td>screening compound; resuspended in DMSO to 10 mM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">compound 3</td>
			<td style="width:100px;">ChemBridge</td>
			<td>5249376</td>
			<td>screening compound; resuspended in DMSO to 10 mM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Dithiothreitol</td>
			<td style="width:100px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">D0632</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Gla I</td>
			<td style="width:100px;">SibEnzyme</td>
			<td style="width:119px;">E494</td>
			<td>methyl-sensitive endonuclease</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Glycerol</td>
			<td style="width:100px;">RPI</td>
			<td style="width:119px;">G22025</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Magnesium Chloride</td>
			<td style="width:100px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">M0250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:251px;">Oligonucleotide (5&#39;-FAM-CCTATGCGmCATCAGTTTTCTGATGmCGmCATAGG-3&#39;-Iowa Black Quencher)</td>
			<td style="width:100px;">IDT</td>
			<td style="width:119px;">custom synthesized</td>
			<td>internally quenched hairpin DNA (substrate)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Potassium Glutamate</td>
			<td style="width:100px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">G1501</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">S-adenosylmethionine</td>
			<td style="width:100px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">A4377</td>
			<td>methyl-donating co-factor (substrate)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:251px;">Tris Base</td>
			<td style="width:100px;">RPI</td>
			<td style="width:119px;">T60040</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

continuous fluorescence-based endonuclease-coupled dna methylation assay to screen for dna methyltransferase inhibitors

エピジェネティックな遺伝子調節の一形態であるDNAメチル化は、正常な細胞機能にとって重要です。細胞内では、DNAメチルトランスフェラーゼ(DNMT)と呼ばれるタンパク質がDNAメチル化パターンを確立し、維持します。正常なDNAメチル化パターンの変化は、がんの発生と進行に関連しており、DNMTは潜在的な抗がん剤標的となっています。したがって、これらの酵素の新規低分子阻害剤を同定し、特徴付けることは非常に重要です。この論文は、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤のスクリーニングに使用できるプロトコルを提示します。連続共役動態アッセイにより、潜在的な低分子阻害剤の有無にかかわらず、DNAメチル化の初期速度を決定することができます。このアッセイでは、メチル感受性エンドヌクレアーゼGla Iを使用して、ヘミメチル化DNA基質のメチル化を蛍光生成に結合させます。
この連続アッセイにより、酵素活性をリアルタイムでモニタリングすることができます。マイクロタイタープレートで少量アッセイを行うことで、試薬のコストを削減できます。このアッセイを用いて、ヒトにおいて最も豊富なDNMTアイソザイムであるDNMT1の阻害剤について、小さな例のスクリーニングを行った。高度に置換されたアントラキノン天然物であるラッカイン酸Aは、DNMT1の強力なDNA競合阻害剤です。ここでは、アッセイプロトコルを説明するために、3つの潜在的な低分子阻害剤(アントラキノンまたは1〜3個の置換基を持つアントラキノン様分子)を2つの濃度で調べます。初期速度は、各分子の存在下で観察される活性パーセントを計算するために使用される。調べた3つの化合物のうちの1つは、DNMT1活性の濃度依存的な阻害を示し、それがDNMT1の潜在的な阻害剤であることを示しています。

アクティブ DNMT1 は、この分析の前提条件です。RFTS欠損DNMT1を 大腸菌 で発現させ、以前に公表された手順41に従って均質に精製した。精製酵素が活性であることを確認するために、不連続エンドヌクレアーゼ共役アッセイを使用してDNAメチル化活性を調べた36。このアッセイでは、Sau3A1切断部位に配置された単一のヘミメチル化CpGを有する32塩基対の?...

Watch this Scientific Journal Video about Continuous Fluorescence-Based Endonuclease-Coupled DNA Methylation Assay to Screen for DNA Methyltransferase Inhibitors at JoVE.com

Continuous Fluorescence-Based Endonuclease-Coupled DNA Methylation Assay to Screen for DNA Methyltransferase Inhibitors

DNAメチルトランスフェラーゼは、潜在的な抗がん剤標的です。ここでは、DNAメチルトランスフェラーゼ阻害について低分子を評価するためのプロトコルが提示されています。このアッセイでは、エンドヌクレアーゼを利用してDNAメチル化と蛍光生成を結合させ、酵素活性をリアルタイムでモニタリングすることができます。

DNAメチルトランスフェラーゼ阻害剤をスクリーニングするための連続蛍光ベースのエンドヌクレアーゼ共役DNAメチル化アッセイ(英語)

DNA methylation, a form of epigenetic gene regulation, is important for normal cellular function. In cells, proteins called DNA methyltransferases (DNMTs) ...

私たちのような堅牢なプレートリーダーアッセイは、潜在的なメチルトランスフェラーゼ阻害剤の初期スクリーニングに非常に役立ちます。リアルタイムでデータを収集できることは、連続エンドヌクレアーゼ共役アッセイの大きな利点です。まず、氷上のマイクロ遠心チューブに20マイクロモルと50マイクロモルの化合物を別々に含む600マイクロリットルのアッセイ条件を準備します。これを行うには、二重蒸留水と5Xメチル化バッファーを各チューブに追加して、最終濃度1Xメチル化バッファーを達成します。次に、各サンプルに3.15マイクロリットルの20ミリグラム/ミリリットルウシ血清卵白(BSA)を加えます。次に、2マイクロリットルの3.15マイクロモルのヘアピンDNA基質と1.33マイクロリットルの4.75マイクロモルのS-アデノシルメチオニン(SAM)を各サンプルに追加します。適切なサンプルに阻害剤を添加して、最終濃度21マイクロモルまたは52.5マイクロモルと等量のジメチルスルホキシド(DMSO)をコントロールサンプルに添加してから、毎分3, 000回転で3秒間ボルテックスして溶液を混合します。次に、サンプルをテーブルテーブルミニ遠心分離機で1, 200倍Gで数秒間回転させ、溶液がチューブの底に確実に収集されるようにします。各アッセイ溶液95マイクロリットルを黒半分領域96ウェルプレート中の6つの連続したウェルに分注する。75マイクロリットルのGla IまたはDNMT1とGlaI酵素溶液を前述のようにマイクロ遠心チューブに調製し、終濃度のワンタイムバッファーにします。次に、1マイクロリットル当たり10単位のGla Iを1.2マイクロリットル添加して、1マイクロリットル当たり0.16単位の最終濃度を達成する。DNMT1とGla I溶液に0.6マイクロリットルの5マイクロモルRFTS欠損DNMT1を加え、最終濃度を40ナノモルにします。穏やかに混合した後、サンプルを卓上ミニ遠心分離機で1, 200 Gで数秒間回転させて、溶液がチューブの底に確実に収集されるようにします。次いで、各酵素溶液12マイクロリットルを円錐底96ウェルプレート内の6ウェルに分注する。DNAサンプルのメチル化アッセイでは、プレートリーダーを摂氏37度に予熱します。次に、アッセイ溶液を入れた黒色プレートをプレートリーダーに挿入します。プレートを425CPMで振とうした後、励起波長485ナノメートル、発光波長528ナノメートルで蛍光を測定します。次に、プレートを摂氏37度で5分間インキュベートします。プレートリーダーからアッセイプレートを取り出し、各ウェルに5マイクロリットルの酵素溶液を加え、続いて上下にピペッティングして溶液を混合します。プレートをプレートリーダーに挿入し、プレートを振ってから、53秒ごとに30分間蛍光を記録します。各条件について、三重のGlaIコントロールアッセイの平均蛍光を取得し、RFTS欠損DNMT1の存在下で得られた三重の痕跡から平均Gla I含有対照反応トレイを差し引きます。次に、補正された反復の平均と標準誤差を求めます。平均補正反応トレースをプロットし、初期線形部分を線に当てはめて初速度を決定します。化合物の存在下で観察された速度をDMSO含有対照反応で観察された速度で割り、100を掛けることにより、活性率を決定します。不連続エンドヌクレアーゼ共役アッセイの結果は、完全にメチル化された産物DNAが切断から保護されていることを示し、RFTS欠損DNMT1が活性であり、ヘミメチル化基質DNAをメチル化できることを裏付けました。蛍光ベースのアッセイでは、Gla Iの非存在下では、DNMT1または緩衝液のみの添加はバックグラウンド蛍光に影響しなかった。その後、すべてのアッセイにGla Iを添加すると、DNMT1を含むアッセイでのみ蛍光が生成されました。RFTS欠損DNMT1とGla Iを3つのアッセイに同時に添加すると、堅牢な蛍光生成が得られました。Gla Iのみを添加しても蛍光は生じなかった。潜在的な阻害剤をスクリーニングするために、RFTS欠損DNMT1のDNAメチル化活性を、DMSO、化合物1、化合物2、または化合物3の存在下で20および50マイクロモル濃度で調べました。この結合アッセイで蛍光生成を低減する化合物は、さらに検証する必要があります。化合物がカップリング酵素を阻害していないことを確認することは、重要な次のステップです。

Research

JoVE Journal

Biochemistry

A Fluorescence-based Assay of Phospholipid Scramblase Activity

リン脂質スクランブラーゼ活性の蛍光ベースのアッセイ

Scramblases translocate phospholipids across the membrane bilayer bidirectionally in an ATP-independent manner. The first scramblase to be identified and ...

A Simple, Robust, and High Throughput Single Molecule Flow Stretching Assay Implementation for Studying Transport of Molecules Along DNA

シンプルで堅牢、かつ高スループットの単一分子 DNA 分子の輸送を研究するためのストレッチ法の実装を流れ

We describe a simple, robust and high throughput single molecule flow-stretching assay for studying 1D diffusion of molecules along DNA. In this assay, ...

DNA Polymerase Activity Assay Using Near-infrared Fluorescent Labeled DNA Visualized by Acrylamide Gel Electrophoresis

アクリルアミドゲル電気泳動法で可視化した近赤外蛍光標識 DNA を用いた DNA ポリメラーゼ活性測定法

For any enzyme, robust, quantitative methods are required for characterization of both native and engineered enzymes. For DNA polymerases, DNA synthesis ...

Proofreading and DNA Repair Assay Using Single Nucleotide Extension and MALDI-TOF Mass Spectrometry Analysis

校正と単一のヌクレオチドの拡張子と MALDI-TOF 質量分析を用いた DNA 修復アッセイ

The maintenance of the genome and its faithful replication is paramount for conserving genetic information. To assess high fidelity replication, we have ...

A Fluorogenic Peptide Cleavage Assay to Screen for Proteolytic Activity: Applications for coronavirus spike protein activation

プロテアーゼ活性の画面に蛍光ペプチド胸の谷間アッセイ: アプリケーション コロナ ウイルスのスパイク蛋白質のアクティブ化

Enveloped viruses such as coronaviruses or influenza virus require proteolytic cleavage of their fusion protein to be able to infect the host cell. Often ...

DNA Sequence Recognition by DNA Primase Using High-Throughput Primase Profiling

ハイスループットプリマゼプロファイリングを用いたDNAプリマゼによるDNA配列認識

DNA primase synthesizes short RNA primers that initiate DNA synthesis of Okazaki fragments on the lagging strand by DNA polymerase during DNA replication. ...

Single-Molecule Imaging of EWS-FLI1 Condensates Assembling on DNA

DNA上に集合したEWS-FLI1凝縮体の1分子イメージング

The fusion genes resulting from chromosomal translocation have been found in many solid tumors or leukemia. EWS-FLI1, which belongs to the FUS/EWS/TAF15 ...

Uracil-DNA Glycosylase Assay by Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-flight Mass Spectrometry Analysis

マトリックス支援レーザー脱離/イオン化飛行時間型質量分析分析によるウラシル-DNAグリコシラーゼアッセイ

Uracil-DNA glycosylase (UDG) is a key component in the base excision repair pathway for the correction of uracil formed from hydrolytic deamination of ...

CD Spectroscopy to Study DNA-Protein Interactions

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 ...

Ready-To-Use qPCR for Detection of DNA from Trypanosoma cruzi or Other Pathogenic Organisms

Ready-To-Use qPCR for Detection of DNA from Trypanosoma cruzi or Other Pathogenic Organisms

トリパノソーマ・クルジまたは他の病原性生物由来のDNAを検出するためのすぐに使用できるqPCR

Real-time PCR (qPCR) is a remarkably sensitive and precise technique&#160;that allows for amplifying&#160;minute amounts of nucleic acid targets from a ...