Name: 저자 스포트라이트: HAT1 Inhibitor Screening을 위한 Acetyl-Click Assay 개발
Uploaded: 2024-01-26T14:20:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Author Spotlight: Developing Acetyl-Click Assay for HAT1 Inhibitor Screening at JoVE.com

H4K12CoA를 제공해 주신 George Zheng에게 감사드립니다. 유용한 토론과 피드백을 주신 Gruber Lab 구성원 여러분께 감사드립니다. NIH/NCI(1K08CA245024), CPRIT(RR200090) 및 V Foundation(V2022-022)의 지원에 감사드립니다.

1. 방법 1: 재조합 HAT1/Rbap46 복합체 생산 및 정제
<ol><li>HEK293f 세포 해동, 회수 및 확장<ol><li>1-1,000만 HEK293f 포유류 세포26 개를 100mL 플라스크에서 30mL 자유형 293 발현 배지로 해동합니다. 60 rpm으로 회전하면서 37 °C에서 8 % CO2 에서 배양합니다.</li>
		<li>다음날 세포 생존율을 계산하고 확인한 다음 회전 속도를 120rpm으로 조정합니다. 1L 플라스크에서 300mL 배양액?...

HAT1 효소 활성을 스크리닝하기 위한 클릭 기반 분석 개발

<ol>
	<li>Kleff, 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=Identification+of+a+gene+encoding+a+yeast+histone+H4+acetyltransferase.">Identification of a gene encoding a yeast histone H4 acetyltransferase.</a> J Biol Chem. 270 (42), 24674-24677 (1995).</li><li>Parthun, M. R., Widom, J., Gottschling, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+major+cytoplasmic+histone+acetyltransferase+in+yeast:+links+to+chromatin+replication+and+histone+metabolism.">The major cytoplasmic histone acetyltransferase in yeast: links to chromatin replication and histone metabolism.</a> Cell. 87 (1), 85-94 (1996).</li><li>Verreault, 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=Nucleosomal+DNA+regulates+the+core-histone-binding+subunit+of+the+human+Hat1+acetyltransferase.">Nucleosomal DNA regulates the core-histone-binding subunit of the human Hat1 acetyltransferase.</a> Curr Biol. 8 (2), 96-108 (1998).</li><li>Parthun, 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=Histone+acetyltransferase+1:+more+than+just+an+enzyme.">Histone acetyltransferase 1: more than just an enzyme.</a> Biochim Biophys Acta. 1819 (3-4), 256-263 (2013).</li><li>Gruber, 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=HAT1+coordinates+histone+production+and+acetylation+via+H4+promoter+binding.">HAT1 coordinates histone production and acetylation via H4 promoter binding.</a> Mol Cell. 75 (4), 711-724 e5 (2019).</li><li>Fan, 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=Overexpressed+histone+acetyltransferase+1+regulates+cancer+immunity+by+increasing+programmed+death-ligand+1+expression+in+pancreatic+cancer.">Overexpressed histone acetyltransferase 1 regulates cancer immunity by increasing programmed death-ligand 1 expression in pancreatic cancer.</a> J Exp Clin Cancer Res. 38 (1), 47 (2019).</li><li>Xia, 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=MicroRNA-377+exerts+a+potent+suppressive+role+in+osteosarcoma+through+the+involvement+of+the+histone+acetyltransferase+1-mediated+Wnt+axis.">MicroRNA-377 exerts a potent suppressive role in osteosarcoma through the involvement of the histone acetyltransferase 1-mediated Wnt axis.</a> J Cell Physiol. 234 (12), 22787-22798 (2019).</li><li>Yang, G., 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=Histone+acetyltransferase+1+is+a+succinyltransferase+for+histones+and+non-histones+and+promotes+tumorigenesis.">Histone acetyltransferase 1 is a succinyltransferase for histones and non-histones and promotes tumorigenesis.</a> EMBO Rep. 22 (2), e50967 (2021).</li><li>Xue, 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=RNAi+screening+identifies+HAT1+as+a+potential+drug+target+in+esophageal+squamous+cell+carcinoma.">RNAi screening identifies HAT1 as a potential drug target in esophageal squamous cell carcinoma.</a> Int J Clin Exp Pathol. 7 (7), 3898-3907 (2014).</li><li>Zhang, W., 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=Structural+plasticity+of+histones+H3-H4+facilitates+their+allosteric+exchange+between+RbAp48+and+ASF1.">Structural plasticity of histones H3-H4 facilitates their allosteric exchange between RbAp48 and ASF1.</a> Nat Struct Mol Biol. 20 (1), 29-35 (2013).</li><li>Campos, E. I., 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+program+for+processing+newly+synthesized+histones+H3.1+and+H4.">The program for processing newly synthesized histones H3.1 and H4.</a> Nat Struct Mol Biol. 17 (11), 1343-1351 (2010).</li><li>Agudelo Garcia, P. 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+multiple+roles+for+histone+acetyltransferase+1+in+replication-coupled+chromatin+assembly.">Identification of multiple roles for histone acetyltransferase 1 in replication-coupled chromatin assembly.</a> Nucleic Acids Res. 45 (16), 9319-9335 (2017).</li><li>Nagarajan, 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=Histone+acetyl+transferase+1+is+essential+for+mammalian+development,+genome+stability,+and+the+processing+of+newly+synthesized+histones+H3+and+H4.">Histone acetyl transferase 1 is essential for mammalian development, genome stability, and the processing of newly synthesized histones H3 and H4.</a> PLoS Genet. 9 (6), e1003518 (2013).</li><li>Annunziato, A. 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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=Assay+interference+and+off-target+liabilities+of+reported+histone+acetyltransferase+inhibitors.">Assay interference and off-target liabilities of reported histone acetyltransferase inhibitors.</a> Nat Commun. 8 (1), 1527 (2017).</li><li>Baell, J. B., Miao, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Histone+acetyltransferase+inhibitors:+where+art+thou.">Histone acetyltransferase inhibitors: where art thou.</a> Future Med Chem. 8 (13), 1525-1528 (2016).</li><li>Lasko, L. 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=Discovery+of+a+selective+catalytic+p300/CBP+inhibitor+that+targets+lineage-specific+tumours.">Discovery of a selective catalytic p300/CBP inhibitor that targets lineage-specific tumours.</a> Nature. 550 (7674), 128-132 (2017).</li><li>Baell, J. 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=Inhibitors+of+histone+acetyltransferases+KAT6A/B+induce+senescence+and+arrest+tumour+growth.">Inhibitors of histone acetyltransferases KAT6A/B induce senescence and arrest tumour growth.</a> Nature. 560 (7717), 253-257 (2018).</li><li>Falk, H., 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=An+efficient+high-throughput+screening+method+for+MYST+family+acetyltransferases,+a+new+class+of+epigenetic+drug+targets.">An efficient high-throughput screening method for MYST family acetyltransferases, a new class of epigenetic drug targets.</a> J Biomol Screen. 16 (10), 1196-1205 (2011).</li><li>He, 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=Chemical+biology+approaches+for+investigating+the+functions+of+lysine+acetyltransferases.">Chemical biology approaches for investigating the functions of lysine acetyltransferases.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 57 (5), 1162-1184 (2018).</li><li>Lipchik, A. 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=A+peptide-based+biosensor+assay+to+detect+intracellular+Syk+kinase+activation+and+inhibition.">A peptide-based biosensor assay to detect intracellular Syk kinase activation and inhibition.</a> Biochemistry. 51 (38), 7515-7524 (2012).</li><li>Song, 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=Chemoproteomic+profiling+of+protein+substrates+of+a+major+lysine+acetyltransferase+in+the+native+cellular+context.">Chemoproteomic profiling of protein substrates of a major lysine acetyltransferase in the native cellular context.</a> ACS Chem Biol. 17 (5), 1092-1102 (2022).</li><li>Gaddameedi, J. D., 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=Acetyl-click+screening+platform+identifies+small-molecule+inhibitors+of+histone+acetyltransferase+1+(HAT1).">Acetyl-click screening platform identifies small-molecule inhibitors of histone acetyltransferase 1 (HAT1).</a> J Med Chem. 66 (8), 5774-5801 (2023).</li><li>Ngo, L., Brown, T., Zheng, Y. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bisubstrate+inhibitors+to+target+histone+acetyltransferase+1+(HAT1).">Bisubstrate inhibitors to target histone acetyltransferase 1 (HAT1).</a> Chem Biol Drug Des. 93 (5), 865-873 (2019).</li><li>Parker, C. G., Pratt, 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=Click+chemistry+in+proteomic+investigations.">Click chemistry in proteomic investigations.</a> Cell. 180 (4), 605-632 (2020).</li><li>Islam, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+bump-and-hole+tactic:+Expanding+the+scope+of+chemical+genetics.">The bump-and-hole tactic: Expanding the scope of chemical genetics.</a> Cell Chem Biol. 25 (10), 1171-1184 (2018).</li><li>Radziwon, K., Weeks, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+engineering+for+selective+proteomics.">Protein engineering for selective proteomics.</a> Curr Opin Chem Biol. 60, 10-19 (2021).</li><li>Rich, R. L., Myszka, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Survey+of+the+year+2007+commercial+optical+biosensor+literature.">Survey of the year 2007 commercial optical biosensor literature.</a> J Mol Recognit. 21 (6), 355-400 (2008).</li></ol>

지난 10년 동안 클릭 화학이 두각을 나타내면서 상호 작용하는 화학 구조의 정밀한 설계가 가능해졌습니다. 이러한 맥락에서, 다양한 생체 직교 공유 연결(bioorthogonal covalent connections)21 은 자연 환경에서 복합체를 형성하기 위한 유망한 옵션으로 등장했다. 클릭 화학은 일반적으로 "클릭 반응"으로 알려진 빠르고 선택적인 반응을 나타내는 작용기 쌍을 사용합니?...

수많은 진핵 아세틸 전이 효소 중에서, HAT1은 1,2,3 분리 될 초기 히스톤 아세틸 전이 효소였습니다. 후속 연구는 염색질 복제, 특히 S상4단계 동안 새로운 뉴클레오솜 합성에서 중추적인 역할을 확고하게 확립했습니다. 우리의 연구 노력은 HAT1이 유방 세포의 표피 성장 인자(EGF) 치료에 의해 매우 자극된다는 것을 인식하게 했다5. 또한, HAT1은 생체 내 빠른 세포 증식 및 종양 형성에 필요하다는 것이 밝혀졌습니다 6,7,8,9. 데이터에 따르면 HAT1은 세포 분열을 위한 동화 작용 및 후성유전학적 과정을 조정하여 종양 성장을 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다.
HAT1은 히스톤을 결합하고 아미노 말단을 HAT1에 제시하는 샤페론 단백질 Rbap46과 복합체로 라이신 5 및 12에서 히스톤 H4의 아미노 말단 꼬리를 디 아세틸화합니다. 히스톤 사량체 또는 디솜(10)은 HAT1/Rbap46 및 다른 히스톤 샤페론(11)과 함께 핵으로 수입된다. 그런 다음 히스톤은 복제 포크 또는 유전자 활성화 또는 억제를 지원하기 위해 다른 부위에 기탁되도록 방출됩니다. 히스톤 H4에 대한 HAT1 디 아세틸화 표시의 기능은 완전히 이해되지 않았습니다. H15가 염색질에 삽입 된 후 히스톤 탈아 세틸 화제 12,13,14,15의 작용에 의해 30-4 분 이내에 빠르게 제거 될 가능성이 높습니다. 따라서, HAT1 디-아세틸화 표시는 염색질에서 증식되지 않으며, 초기 염색질에 대한 염색질 변형 효소의 모집에 대한 역할이 가정되었지만, 진정한 후성유전학적 역할을 하지 않을 수 있다12. 또한 HAT1은 염색질을 직접 아세틸화하지 않습니다. 그 활성은 용해성 히스톤으로 제한됩니다.
저분자 히스톤 아세틸전이효소 억제제의 개발은 비특이적이고 처리량이 낮은 분석에 의해 방해를 받아 종종 생물학적 반응성 화합물16,17의 생성을 초래합니다. 아세틸전이효소 활성을 측정하기 위한 골드 스탠다드 분석에는 처리량이 제한되고 방사선이 필요한 3H-아세틸-coA를 사용해야 합니다. 그럼에도 불구하고, 최근에는 CBP/p30018 및 KAT6A/B19,20을 표적으로 하는 특이적이고 매우 강력한 저분자 아세틸전이효소 억제제가 3 H-아세틸-CoA의 사용을 통해 기술되고 확인되었습니다. 앞으로 더 나은 처리량을 달성하고 실험실 위험을 피하기 위한 개선된 분석법이 고안되고 있습니다.
아세틸화 모니터링(acetylation monitoring)21 의 최근 발전은 효소 반응 모니터링을 가능하게 하기 위해 클릭 화학(click chemistry)을 사용하였다. 간단한 합성 경로로 접근하거나 효소 반응에 통합할 수 있는 구매가 가능한 다양한 클릭 기반 전구체가 있습니다. 이러한 반응은 전형적으로 재조합 시스템에서 수행되지만, 세포 기반 분석도 가능하다22. 클릭 가능 보조 인자 및 기질의 장점은 스크리닝이 종종 스크리닝 화합물에 의해 교란되고 추가 처리 단계가 필요한 결합된 판독 시스템 없이 효소 활성을 직접 측정할 수 있다는 것입니다. 이를 통해 효소 단계에서만 억제제 처리가 가능한 반면, 모든 다운스트림 기능화 및 검출 단계는 화합물을 제거하기 위해 광범위한 세척 후에 수행되므로 분석 간섭이 발생할 가능성이 제한됩니다. 이러한 장점으로 인해 클릭 기반 분석의 설계는 일반적으로 유리 코엔자임 A의 검출에 의존하는 결합 분석보다 선호됩니다.
한 가지 중요한 고려 사항은 클릭 가능 보조 인자를 효소 활성 부위에 수용하는 것입니다. 기존의 클릭 지원 보조 요인은 기본 보조 요인에 최적화된 활성 사이트와 완전히 호환되지 않을 수 있습니다. 구조 정보 및 모델링은 변형된 기질(23)을 통합하기 위해 활성 부위를 확대하기 위한 아미노산 치환을 설계하는데 사용될 수 있다. 이를 통해 향상된 효소 역학과 더 낮은 기질 및 효소 수준으로 스크리닝할 수 있습니다. 이 접근법의 단점은 변형된 촉매 포켓이 네이티브 효소와 강하게 상호 작용하는 억제제를 식별하지 못할 수 있다는 것입니다. 궁극적으로, 잠재적인 효소 억제제를 식별하고 검증하기 위해서는 다양한 접근법의 조합이 필요합니다.
여기에서는 클릭 보조 인자 4-펜티노일-CoA24를 사용하여 HAT1 효소 활성을 정제하고 분석하기 위해 개발된 방법을 설명합니다. 이 분석법(그림 1)은 효소 활성을 높이는 것으로 밝혀진 필수 파트너 단백질 Rbap46과 복합체의 네이티브 효소 서열을 사용합니다. 인간 세포에서 효소를 정제하면 셀룰로에서 효소가 활성화되어 완전한 효소 활성에 중요한 자극적인 번역 후 변형을 보존할 수 있습니다. 고처리량 화학 스크리닝을 위한 재조합 효소 분석의 설계 및 최적화는 HAT1 저분자 억제제를 식별하고 특성화하는 데 성공적으로 사용되었습니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>4P CoA</td>
			<td>Cayman Chemical</td>
			<td>10547</td>
			<td>Click chemistry co-factor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amplex Red</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>A12222</td>
			<td>Fluorescence substrate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotin-PEG-Azide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>J64996MC</td>
			<td>Click chemistry</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper Sulfate</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>&#160;7758-98-7</td>
			<td>Click chemistry</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>&#160;67-68-5</td>
			<td>diluent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DTT</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>03-12-3483</td>
			<td>reducting agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forskolin</td>
			<td>VWR</td>
			<td>102987-310</td>
			<td>Protein expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Freestyle 293 Expression Medium</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>12338018</td>
			<td>Media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Freestyle 293-F cells</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>R790-07</td>
			<td>Protein expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>H4-peptide/1-23-GGK-biotin</td>
			<td>Anaspec</td>
			<td>AS65097</td>
			<td>peptide substrate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>&#160;7365-45-9</td>
			<td>EB buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide 30% solution</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>&#160;Z00183-99-0</td>
			<td>initiator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M2 FLAG antibody slurry</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>A2220</td>
			<td>Protein purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Macrosep 10K Filter (Pall Lab)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89131-980</td>
			<td>Protein purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neutravidin Plate</td>
			<td>Thermo Sci</td>
			<td>15127</td>
			<td>BSA-pre-blocked</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NP40 (IGEPAL)</td>
			<td>MP Biomedical</td>
			<td>198596</td>
			<td>20x buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pHEK-293 plasmid</td>
			<td>Takara Bio</td>
			<td>3390</td>
			<td>Protein expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline 10x</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>&#160;Z00082-33-6</td>
			<td>wash buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pra peptide</td>
			<td>Genscript</td>
			<td>Custom synthesis</td>
			<td>biotinylated</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Ascorbate</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>&#160;134-03-2</td>
			<td>Click chemistry</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>&#160;7647-14-5</td>
			<td>EB buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium phosphate</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>7558-80-7</td>
			<td>buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptavidin</td>
			<td>EMD Millipore</td>
			<td>189730</td>
			<td>competitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptavidin-HRP</td>
			<td>Cell Signaling</td>
			<td>3999S</td>
			<td>enzyme</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>THPTA ligand</td>
			<td>Fisher Sci</td>
			<td>1010-500</td>
			<td>Click chemistry</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris base</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>&#160;77-86-1</td>
			<td>20x buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton-X 100</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>&#160;9002-93-1</td>
			<td>EB buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween-20</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>&#160;9005-64-5</td>
			<td>Wash buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Urea</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>57-13-6</td>
			<td>quencher</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an acetyl-click chemistry assay to measure histone acetyltransferase 1 acetylation

히스톤 아세틸전이효소 1(Histone acetyltransferase 1)이라고도 하는 HAT1은 뉴클레오솜 조립 전에 초기 H4를 안정화하고 아세틸화하여 염색질 합성에 중요한 역할을 합니다. 다양한 시스템에서 종양 성장에 필요하므로 암 치료의 잠재적 표적이 될 수 있습니다. HAT1 효소 활성을 억제할 수 있는 화합물의 식별을 용이하게 하기 위해 당사는 신속한 스크리닝을 위한 아세틸 클릭 분석을 고안했습니다. 이 간단한 분석에서는 활성화된 인간 세포에서 정제된 재조합 HAT1/Rbap46을 사용합니다. 이 방법은 클릭 화학 접근 방식에서 아세틸-CoA 아날로그 4-펜티노일-CoA(4P)를 활용합니다. 여기에는 HAT1 의존성 아실화 반응을 통해 비오틴화된 H4 N-말단 펩타이드로 알카인 핸들의 효소 전달이 포함됩니다. 그런 다음 포획된 펩타이드를 뉴트라비딘 플레이트에 고정시킨 후 비오틴-아지드로 클릭 화학 기능화를 수행합니다. 그 후, 스트렙타비딘-퍼옥시다아제 모집을 사용하여 amplex red를 산화시켜 정량적 형광 출력을 생성합니다. 아실화 반응 중에 화학적 억제제를 도입하면 형광 신호의 감소를 기반으로 효소 억제를 정량화할 수 있습니다. 중요한 것은 이 반응이 확장 가능하여 HAT1 효소 활성에 대한 잠재적 억제제의 고처리량 스크리닝이 가능하다는 것입니다.

Among the numerous eukaryotic acetyltransferases, HAT1 was the initial histone acetyltransferase to be isolated1,2,3. Subsequent investigations have firmly established its pivotal role in chromatin replication, particularly in the synthesis of new nucleosomes during S-phase4. Our research endeavors led to the recognition that HAT1 is highly stimulated by epidermal growth factor (EGF) treatment in mammary cells5. Furthermore, it has come to light that HAT1 is required for rapid cell proliferation and tumor formation in vivo6,7,8,9. Data indicate that HAT1 is critical in coordinating anabolic and epigenetic processes for cell division, driving tumor growth.
HAT1 di-acetylates the amino-terminal tail of histone H4 on lysines 5 and 12 in complex with the chaperone protein Rbap46, which binds the histone and presents the amino-terminus to HAT1. Histone tetramers or disomes10, together with HAT1/Rbap46 and other histone chaperones11, are then imported to the nucleus. Histones are then released to be deposited at the replication fork, or other sites to support gene activation or repression. The function of the HAT1 di-acetylation mark on histone H4 is not fully understood. It is likely quickly removed within a span of 15-30 min by the action of histone deacetylases12,13,14,15 after H4 is inserted into chromatin. Thus, the HAT1 di-acetylation mark is not propagated in chromatin and may not serve a true epigenetic role, although a role in the recruitment of chromatin-modifying enzymes to nascent chromatin has been postulated12. Also, HAT1 does not directly acetylate chromatin; its activity is restricted to soluble histones.
The development of small-molecule histone acetyltransferase inhibitors has been hampered by nonspecific and low-throughput assays, often resulting in the generation of biologically reactive compounds16,17.&#160;The gold-standard assay to measure acetyltransferase activities requires the use of 3H-acetyl-coA, which limits throughput and requires radiation. Nonetheless, recently, specific and highly potent small molecule acetyltransferase inhibitors targeting CBP/p30018 and KAT6A/B19,20 have been described and confirmed through the use of 3H-acetyl-CoA. Moving forward, improved assays to achieve better throughput and avoid laboratory hazards are being devised.
Recent advances in acetylation monitoring21 have used click chemistry to enable enzymatic reaction monitoring. There are a variety of click-enabled precursors that are accessible by simple synthetic routes or available for purchase that can be incorporated into enzyme reactions. These reactions are typically carried out in recombinant systems, although cell-based assays are also feasible22. The advantage of click-enabled co-factors and substrates is that screening can directly measure enzyme activity without the need for coupled read-out systems that are often perturbed by screening compounds and require additional handling steps. This allows for inhibitor treatments only during the enzymatic step, whereas all downstream functionalization and detection steps are carried out after extensive washing to remove compounds, thus limiting the potential for assay interference to occur. These advantages make the design of click-enabled assays preferable to coupled assays that commonly rely on the detection of free coenzyme A.
One important consideration is the acceptance of click-enabled co-factors into the enzyme active site. Existing click-enabled co-factors may not be fully compatible with the active site optimized for the native co-factor. Structural information and modeling can be used to design amino acid substitutions to enlarge the active site to incorporate altered substrates23. This may enable screening with improved enzyme kinetics and lower substrate and enzyme levels. The drawback of this approach is that altered catalytic pockets may not identify inhibitors that interact strongly with the native enzyme. Ultimately, a combination of approaches is required to identify and validate potential enzyme inhibitors.
Here, we describe a method developed to purify and assay HAT1 enzyme activity using the click co-factor 4-pentynoyl-CoA24. This assay (Figure 1) uses the native enzyme sequence in complex with its required partner protein Rbap46, which has been shown to boost enzyme activity. Purification of the enzyme from human cells allows for enzyme activation in cellulo, which may preserve stimulating post-translational modifications important for full enzyme activity. Design and optimization of recombinant enzyme assays for high-throughput chemical screens have successfully been used to identify and characterize HAT1 small molecule inhibitors.

저자 스포트라이트: HAT1 Inhibitor Screening을 위한 Acetyl-Click Assay 개발

히스톤 아세틸전이효소 1 아세틸화를 측정하기 위한 아세틸 클릭 화학 분석

Our developed acetyl-click assay serves as a tool to assess HAT1 acetyl transferase activity, which is key in isolating H4 histones before nucleosome incorporation. We aim to use this method for high throughput screening of small molecule inhibitors against the HAT1 enzyme. This method measures enzymatic activity directly on the peptide substrate.This offers advantages compared to other enzymatic assays by avoiding biologic variability and antibody related costs. This is also high throughput and can be adapted to use with other acetyl transferases. We have recently published a small molecule HAT1 inhibitor based on this assay that has activity in cells and animals.We continue to use this assay to screen additional chemical libraries and perform structure activity relationships. We are advancing methods to track histone production, folding, chaperoning, and chromatin integration. This highlights the need for improved chemical tools to explore biological mechanisms and stimulate drug discovery.Our goal is to demonstrate that targeting histone production can have therapeutic benefit for diseases such as cancer.

중복된 표준 곡선(16웰)은 적절한 분석 성능을 보장하기 위해 모든 플레이트에 포함되어야 합니다. 표준 곡선 데이터는 용액 내 Pra 함유 펩타이드와 네이티브 H4 펩타이드의 비율에 따라 100%에서 0% 범위의 표 형식으로 설정해야 합니다(표 1). Amplex 적색 신호는 100% pra/0% 천연 H4 펩타이드 웰에서 가장 높고, 0% pra/100% 천연 H4 펩타이드 웰에서 가장 낮습니다. 형광이 검출되고 웰의 평균을 ?...

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특정 억제제를 스크리닝하기 위한 빠르고 정확한 화학 분석은 약물 개발 무기고에서 중요한 도구입니다. 여기에서는 HAT1 아세틸화 활성의 억제를 측정하기 위한 확장 가능한 아세틸 클릭 화학 분석을 제시합니다.

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

당사가 개발한 아세틸 클릭 분석은 뉴클레오솜 통합 전에 H4 히스톤을 분리하는 데 중요한 HAT1 아세틸 전이효소 활성을 평가하는 도구 역할을 합니다. 당사는 HAT1 효소에 대한 저분자 억제제의 고처리량 스크리닝에 이 방법을 사용하는 것을 목표로 합니다. 이 방법은 펩타이드 기질에서 직접 효소 활성을 측정합니다.이는 생물학적 변동성 및 항체 관련 비용을 방지함으로써 다른 효소 분석에 비해 이점을 제공합니다. 이것은 또한 높은 처리량이며 다른 아세틸 전이효소와 함께 사용하도록 조정할 수 있습니다. 우리는 최근에 세포와 동물에서 활성을 갖는 이 분석을 기반으로 한 저분자 HAT1 억제제를 발표했습니다.우리는 이 분석을 사용하여 추가 화학 라이브러리를 스크리닝하고 구조 활성 관계를 수행합니다. 우리는 히스톤 생성, 접힘, 채퍼로닝 및 염색질 통합을 추적하는 방법을 발전시키고 있습니다. 이는 생물학적 메커니즘을 탐구하고 약물 발견을 촉진하기 위해 개선된 화학 도구의 필요성을 강조합니다.우리의 목표는 히스톤 생산을 표적으로 하는 것이 암과 같은 질병에 대한 치료 효과가 있을 수 있음을 입증하는 것입니다.

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Research

JoVE Journal

Biochemistry

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.

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.