このプロトコルは、ヒストンシャペロンのオリゴマー化と安定性を研究するための分析サイズ排除クロマトグラフィー、ヒストンシャペロンとヒストンの相互作用を解明するためのプルダウンアッセイ、タンパク質複合体の化学量論を分析するAUC、および推定ヒストンシャペロンをin vitroで機能的に特徴付けるためのヒストンシャペロンアッセイを含む一連の方法について説明しています。
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このプロトコルは、ヒストンシャペロンのオリゴマー化と安定性を研究するための分析サイズ排除クロマトグラフィー、ヒストンシャペロンとヒストンの相互作用を解明するためのプルダウンアッセイ、タンパク質複合体の化学量論を分析するAUC、および推定ヒストンシャペロンをin vitroで機能的に特徴付けるためのヒストンシャペロンアッセイを含む一連の方法について説明しています。
ヒストンタンパク質はDNAと会合して真核生物のクロマチンを形成します。クロマチンの基本単位はヌクレオソームであり、コアヒストンH2A、H2B、H3、およびH4の2つのコピーからなるヒストン八量体で構成され、DNAに包まれています。八量体は、H2A/H2B二量体の2コピーとH3/H4四量体の1コピーからなる。高荷電コアヒストンは、細胞質および核内のいくつかのタンパク質と非特異的相互作用を起こしやすい。ヒストンシャペロンは、ヒストンを細胞質から核にシャトルし、DNAへの沈着を助け、ヌクレオソームの組み立てプロセスを支援する多様なクラスのタンパク質を形成します。一部のヒストンシャペロンは、H2A / H2BまたはH3 / H4のいずれかに特異的であり、一部は両方のシャペロンとして機能します。このプロトコルでは、プルダウンアッセイ、分析サイズ排除クロマトグラフィー、分析超遠心分離、ヒストンシャペロンアッセイなどの in vitro ラボ技術を組み合わせて使用して、特定のタンパク質がヒストンシャペロンとして機能するかどうかを確認する方法について説明します。
DNAとヒストンタンパク質からなるヌクレオソームは、クロマチンの構造単位を形成し、いくつかの重要な細胞イベントを調節します。ヌクレオソームは動的に再配置および再構築され、複製、転写、翻訳などのさまざまなプロセスからDNAにアクセスできるようにします1,2。塩基性の高いヒストンは、細胞環境中の酸性タンパク質と相互作用するか、または凝集を受ける傾向があり、したがって様々な細胞欠陥をもたらす3,4,5。ヒストンシャペロンと呼ばれる専用タンパク質のグループは、細胞質から核へのヒストンの輸送を助け、異常なヒストン-DNA凝集イベントを防ぎます6,7。基本的に、ほとんどのヒストンシャペロンは、生理的イオン強度でヒストンをDNA上に貯蔵および伝達し、それによってヌクレオソームの形成を助けます8,9。一部のヒストンシャペロンは、ヒストンオリゴマーH2A / H2BまたはH3 / H410に対して明確な好みを持っています。
ヒストンシャペロンは、DNA合成に依存しない、または独立にヌクレオソームを組み立てる能力に基づいて特徴付けられる11。例えば、クロマチン集合因子-1(CAF-1)は依存的であるが、ヒストン調節因子A(HIRA)はDNA合成に依存しない12,13。同様に、ヒストンシャペロンのヌクレオプラスミンファミリーは、精子クロマチン脱凝縮およびヌクレオソーム集合に関与している14。ヌクレオソーム集合タンパク質(NAP)ファミリーのメンバーは、in vitroでのヌクレオソーム様構造の形成を促進し、細胞質と核の間のヒストンの往復に関与しています15。ヌクレオプラスミンとNAPファミリータンパク質はどちらも機能的なヒストンシャペロンですが、構造的特徴を共有していません。本質的に、単一の構造的特徴は、タンパク質をヒストンシャペロンとして分類することを可能にしない16。機能的および生物物理学的アッセイの使用と構造研究は、ヒストンシャペロンの特性評価に最適です。
この研究では、タンパク質をヌクレオソームの組み立てを助けるヒストンシャペロンとして特徴付けるための生化学的および生物物理学的方法について説明しています。まず、ヒストンシャペロンのオリゴマー状態と安定性を分析するために、分析サイズ排除クロマトグラフィーを実施しました。次に、プルダウンアッセイを実施して、ヒストンシャペロン-ヒストン相互作用の駆動力と競合性を決定しました。しかし、これらの相互作用の流体力学的パラメータは、カラム内の移動に影響を与えるタンパク質の形状とその複合体のために、分析サイズ排除クロマトグラフィーを使用して正確に計算することができませんでした。したがって、正確な分子量、相互作用の化学量論、および生体分子の形状を含む溶液中の高分子特性を提供する分析超遠心分離が使用されました。過去の研究では、yScS11617、DmACF 18、ScRTT106p19、HsNPM120などのヒストンシャペロンを機能的に特徴付けるために、in vitroヒストンシャペロンアッセイが広く使用されています。ヒストンシャペロンアッセイは、タンパク質をヒストンシャペロンとして機能的に特徴付けるためにも使用されました。
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1. ヒストンシャペロンのオリゴマー状態と安定性を解明するための分析サイズ排除クロマトグラフィー
2. ヒストンオリゴマーとヒストンシャペロンの複合体形成に寄与する相互作用の種類を理解するための塩勾配ベースのプルダウンアッセイ
3. H2A/H2BまたはH3/H4に対するヒストンシャペロンの選好性を特定するための競合プルダウンアッセイ
4. ヒストンシャペロンとヒストンの結合化学量論を解析するための分析的超遠心-沈降速度(AUC-SV)実験
5. ヒストンシャペロン機能を確認するためのプラスミドスーパーコイルアッセイ
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シロイヌナズナ由来のタンパク質FKBP53の組換えN末端ヌクレオプラスミンドメインをSECの分析に供した。溶出ピーク体積を標準曲線に対してプロットし、そのオリゴマー状態を同定した。SECの分析結果から、ドメインは溶液中に五量体として存在し、分子量は約58 kDaであることが明らかになりました(図1A、B)。さらに、ヌクレオプラスミンドメインを分析SECと併せて熱的および化学的安定性について分析した。90°Cまでの熱処理を行ったヌクレオプラスミン試料は、20°Cに維持した試料と比較して溶出量とピーク高さに明らかな変化を示さず、ドメインが耐熱性が高いことが示唆されました(図1C)。同様に、ヌクレオプラスミンドメインは、最大2 MのNaClの塩安定性(図1D)および最大4 Mの尿素安定性(図1E)を示しました。しかし、ヌクレオプラスミン五量体は、より高い尿...
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この研究は、推定ヒストンシャペロンの生化学的および生物物理学的特性評価のための包括的なプロトコルセットを実証および検証します。本明細書では、組換え発現および精製されたNAPファミリータンパク質、AtNRP1およびAtNRP2、ならびにAtFKBP53のN末端ヌクレオプラスミンドメインを用いて、プロトコルを実証した。同じ一連の実験は、これまで特徴付けられていなかったあらゆる生物からのヒストンシャペロンの機能的属性を描写するために非常によく使用できます。
プロトコルセクションの最初の部分では、ヒストンシャペロンのオリゴマー状態と安定性を調査します。いくつかの報告は、ヒストンシャペロンがオリゴマー状態でかなりの多様性を示すことを示しています。例えば、ヒトCAF-1はモノマー29として存在する。NAPファミリーメンバーは、二量体または四量体29、30、31と...
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利益相反は宣言されていません。
インド政府科学技術研究委員会[CRG/2018/000695/PS]およびインド政府科学技術省バイオテクノロジー省[BT/INF/22/SP33046/2019]からのディリープ・ヴァスデヴァンへの学外助成金、およびブバネシュワール生命科学研究所からの壁内支援は大いに認められています。ヒストン調製にご協力いただいたスデシュナ・センさんとアンナプルナ・サフーさんに感謝します。同僚のチンマイ・モハパトラ博士、マナス・クマール・ジャグデフ氏、シェイク・ナウサド・ホセイン博士との議論も認められています。
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 酢酸(氷) | Sigma | A6283 | |
| アクリルアミド | MP Biomedicals | 814326 | |
| アガロース | MP Biomedicals | 193983 | |
| AKTA Pure 25M FPLC | Cytiva | 29018226 | タンパク質精製装置 |
| 過硫酸アンモニウム(APS) | Sigma | A3678 | |
| An-60Ti ローター | ベックマン・コールター | 361964 | 分析用ローター |
| ウシ血清アルブミン(BSA) | グマ | A7030 | |
| クロロホルム | シグマ | C2432 | |
| クーマシーブリリアントブルー R 250 | シグマ | 1.15444 | |
| 透析チューブ (7 kDaカットオフ) | サーモフィッシャー | 68700 | 透析タンパク質サンプル用 |
| ジチオスレイトール (DTT) | MP Biomedicals | 100597 | |
| DNA ローディング色素 | New England Biolabs | B7025S | |
| EDTA 二ナトリウム塩 | MP Biomedicals | 194822 | |
| 電子天秤 | 島津 | 製作所 ATX224R | |
| エタノール | Sigma E7023 | ||
| 臭化エチジウム (EtBr) | Sigma | E8751 | |
| Gel Docシステム | バイオ・ラッド | 12009077 | 染色後のゲルイメージング用 |
| 横型ゲル電気泳動装置 | バイオ・ラッド | 1704405 | アガロースゲル電気泳動装置 |
| 塩酸 (HCl) | Sigma | 320331 | |
| イミダゾール | MP バイオメディカル | 102033 | |
| 塩化マグネシウム (MgCl2) | Sigma | M8266 | |
| マイクロピペット | エッペンドルフ | Z683779 | 微量ピペッティング用 |
| ミニプロティアン電気泳動システム | バイオ・ラッド | 1658000 | SDS用機器 |
| N,N-メチレンビスアクリルアミド | MP バイオメディカル 800172 | ||
| ナノドロップ | サーモフィッシャー | ND-2000 | タンパク質およびDNA濃度 |
| Ni-NTAアガロース | Invitrogen | R901-15 | プルダウンアッセイ用樹脂ビーズ |
| Optima AUC分析超遠心分離機 | ベックマン・コールター | B86437 | 分析超遠心分離用機器 |
| pHメーター | メトラー・トレド | MT30130863 | |
| フェノール | シグマ | P4557 | |
| プラスミド分離キット | Qiagen | 27104 | |
| プロテイナーゼ K | Sigma-Aldrich | 1.07393 | |
| pUC19 | Thermo Fisher | SD0061 | スーパーコイリングアッセイ用プラスミド |
| 冷蔵高速遠心分離機 | Thermo Fisher | 75002402 | |
| SDS-PAGE タンパク質マーカー | Bio-Rad | 1610317 | |
| SEDFIT | 分析超遠心データ用のフリーソフトウェアプログラム分析 | ||
| SEDNTERP | バッファーの粘度と密度、およびタンパク質の部分比容積を推定するフリーソフトウェアプログラム | ||
| SigmaPrep スピンカラム | Sigma | SC1000 | プルダウンアッセイ用 |
| 酢酸ナトリウム | Sigma | S2889 | |
| 塩化ナトリウム (NaCl) | メルク | S9888 | |
| ドデシル硫酸ナトリウム (SDS) | MPBiomedicals | 102918 | |
| Superdex 200 Increase 10/300 GL | Cytiva | 28990944 | Column for analytical size-exclusion chromatography |
| Superdex 75 Increase 10/300 GL | Cytiva | 29148721 | Column for analytical size-exclusion chromatography |
| TEMED | Sigma | 1.10732 | |
| Topoisomerase I | Inspiralis | WGT102 | 酵素プラスミドスーパーコイリングアッセイ |
| トリスベース | メルク | T1503 | |
| Tween-20 | シグマ | P1379 | |
| 尿素 | MP バイオメディカル | 191450 | |
| ウォーターバス | Nüve | NB 5 | タンパク質サンプルの熱処理用 |
| &β;-メルカプトエタノール (β-ME) | Sigma | M6250 |
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