PAD4는 펩티딜-아르기닌을 펩티딜-시트룰린으로 전환하는 효소입니다. PAD4의 조절 장애는 여러 인간 질병과 관련이 있습니다. 용이하고 처리량이 많은 호환 가능한 형광 기반 PAD4 분석에 대해 설명합니다.
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PAD4는 펩티딜-아르기닌을 펩티딜-시트룰린으로 전환하는 효소입니다. PAD4의 조절 장애는 여러 인간 질병과 관련이 있습니다. 용이하고 처리량이 많은 호환 가능한 형광 기반 PAD4 분석에 대해 설명합니다.
번역 후 변형은 많은 단백질 기질의 곁사슬에서 공유 변이를 증가시켜 단백질 기능 상태를 변화시킬 수 있습니다. 히스톤 꼬리는 모든 인간 단백질 중에서 가장 많이 변형된 스트레치 중 하나를 나타냅니다. 펩티딜-아르기닌 데이미나제 4(PAD4)는 아르기닌 잔기를 유전적으로 암호화되지 않은 시트룰린 잔기로 전환하는 것으로 나타났습니다. 현재까지 기술된 몇 가지 분석법은 만족스러운 감도로 조작적으로 용이했습니다. 따라서, 적절한 분석법의 부족은 강력한 비공유 PAD4 억제제의 부재에 기여했을 가능성이 높습니다. 본 명세서에서는 PAD4 활성을 모니터링할 수 있는 새로운 형광 기반 분석법이 설명됩니다. pro-fluorescent substrate analog는 protease trypsin의 첨가에 따른 PAD4 효소 활성을 형광 방출에 연결하도록 설계되었습니다. 이 분석법은 고처리량 스크리닝 조건과 호환되며 강력한 신호 대 잡음비를 갖는 것으로 나타났습니다. 또한, 과발현된 PAD4를 함유하는 조세포 용해물로 분석을 수행할 수도 있습니다.
포유 동물 단백질의 다수 무겁게 리보솜에 의한 단백질의 생합성 다음 효소의 작용에 의해 변성된다. 이러한 번역 후 변형 (PTMS)는 크게 단백질 1-3 (다른 기능 사이)의 크기, 전하, 구조 및 올리고머 상태를 변경하여 프로테옴의 기능적 다양성을 증가시킬 수있다. 그 결과, 단백질 구조의 변화는 단백질 분해, 세포 분화, 시그널링, 유전자 발현의 조절, 및 단백질 - 단백질 상호 작용과 같은 생리 학적 결과로 이어질 수있다. 이러한 수정은 인간의 모든 단백질의 큰 비율에 널리 퍼져 있지만 히스톤 단백질이 공유 수정 4의 비정상적으로 높은 숫자를 받아야에 터미널이 종료됩니다. 히스톤 단백질은 게놈 DNA의 응축을 촉진 구조 단백질의 패밀리이다. 구조화되지 않은 히스톤 꼬리의 공유 수정 세리 의해 수행 및 규제, 잔류 (작가)의 공유 변형을 촉진 같은 수정 (지우개), 역 및 변경을 구별 할 수 효소의 S는 히스톤 꼬리 (독자) 5-7에 각인된다. 실제로, 공지 PTMS 대부분 메틸화, 인산화, 아세틸, sumoylation, 유비퀴틴 및 citrullination 8 포함한 히스톤이 짧은 세그먼트 내에서 관찰 할 수있다.
Citrullination는 비 t의 RNA 부호화 펩 티딜 - 시트룰린 (도 1a)에 펩 티딜 - 아르기닌의 변환을 수반한다. 이 측쇄 중화에 책임 단백질, PAD의 구성원 칼슘 의존적 효소이다 모두. 9,10이 단백질 군 (p는 rginine d를 eiminase eptide)를. 현재까지, 패드 가족의 다섯 멤버는 (PAD1, PAD2, PAD3, PAD4 및 PAD6)를 설명 하였다. 이 가족의 각 구성원은 별개의 세포 단백질을 대상으로 나타나고 또한 유니 표시가야 조직 분포 프로필. PAD4 핵 지역화 시퀀스 (11)를 통해 핵 내에서 지역화 된 것으로 알려진이 단백질 가족의 유일한 구성원입니다. 따라서,이 히스톤의 H2A 아르기닌 잔기 (3)의 N 말단 꼬리에서 아르기닌 측쇄 (H2R3), H3 (H3R2, H3R17 및 H3R26) 및 H4 (H4R3) (12)를 포함하여 핵 대상 번호를 deiminate 것으로 밝혀졌다, 13. PAD 동위 효소의 각 특정 중요한 생리 기능을 가지고 있지만, PAD4 인해 병에 걸린와 건강한 세포 모두에서 인간의 프로세스의 수의 역할에 훨씬 더 많은 관심을 받고있다. 최근 PAD4가 능성 전사 네트워크 (14)의 구성원이 될 것으로 나타났다. 두 PAD4 발현 수준과 활성 마우스에서 리 프로그래밍 및 접지 상태 능성 상태 동안 상승되는 것으로 도시 하였다. 줄기 세포 유전자의 조절을 제어함으로써, PAD4 세포 리 프로그래밍 효율의 중추적 인 역할을 유지할 수있다. PAD4도에 연루되었는지에 병원균의 결합 호중구 세포 트랩의 형성은 자신의 시스템 정리를 할 수 있습니다. PAD4 의한 히스톤 단백질의 hypercitrullination 따라서 세균 감염 15,16 떨어져 병동, 트랩에 의한 세포 외 병원균의 캡슐화 용 기재로서 기능 염색질의 decondensation을 유도한다.
또한 PAD4 인간 질병의 수가 활성 역할을하는 것으로 밝혀졌다. 것은 이미 PAD4의 비정상적 발현은 류마티스 관절염의 발병과 중증도와 연관되어 있음을 보여왔다, 알쯔하이머, 파킨슨 병 및 다발성 경화증 17. 실제로, 안티 - 시트룰린 단백질 항체의 존재는 류마티스 관절염 (18)의 가장 안전하고 확실한 진단 및 예후 바이오 마커이다. 마찬가지로, 조절 곤란 PAD4 활성은 최근 난소, 유방, 폐, 포함한 인간 암의 다수 관찰되었다D 식도암 19-22. PAD4과 암 사이의 링크는 p53 종양 억제 단백질 22, 23 ELK1 종양 유전자를 통해 또는 통해 매개되는 것으로 나타났다 이전 작업은 PAD4가 새로운 항암 치료 표적 17,24,25이 될 수 있다고 제안했다. 원리 연구의 증거로, 대장 암 세포주 HCT116에 shRNA를 통해 PAD4의 고갈은 세포 사멸과 세포주기 정지 (26)을 유도하기에 충분한 것으로 밝혀졌다. 최근에 개발 돌이킬 수 PAD4 억제제 쥐 27 종양 질량의 70 % 감소되었다. 아주 현저하게, PAD4 억제는 변형되지 않은 세포를 살려주는 동안 암 세포를 선택적으로 죽이는 결과 표적 치료의 역할을 한 것으로 보입니다.
PAD4의 기능을 해제하는 작은 분자의 사용은 암 세포를 대상으로 또는 기존의 암 화학 요법 (28)을 증가시키기 위해 강력하고 새로운 전략으로 증명할 수 있습니다. 불행하게도, 포십t 가역 PAD4 억제제는 아직 발견해야합니다. 공유 억제제의 수는 아르기닌 기판 27,29,30 모방 건강 및 질병 상태 모두에서 세포 PAD4의 역할을 이해하는데 실질적인 도구적일 수 클로로 / 플루오 imidine 핸들을 사용하여 개발되어왔다. 그러나, 이들 분자는 유사한 효능을 가진 활성 패드 모두 억제한다. 따라서 PAD4의 활성에 대해보고 용이 한 분석에 대한 필요성이 매우 중요하다. 현재까지 PAD4 분석법 비색 판독 31 반응으로부터 암모니아의 방출을 연결하는 설명되었지만, 형광 편광 분석법 (32) 형광 표지 chloroamidine 기질 유사체를 이용하는 글리 옥살과 시트룰린 (33) 사이의 산 - 보조 반응에 의존하고, 몇 단계 34 dequenching 형광에 PAD4 활동. 이들 중에서, 단지 공유 개질제 haloacetamidine 전략은 높은 처리량 scre와 호환되도록 입증개로 인한 플랫폼 32,35,36. 우리는 확실 PAD4의 활성을 측정 손쉬운 형광 계 분석을 설명한다. 강한 신호 대 잡음비, 분석 속도 및 측정의 견고성을 표시 분석은, 진정으로 강력하고 선택 PAD4 억제제를 발견 할 가능성이있다.
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1. PAD4 변환, 발현, 및 정제
버퍼 2. 준비 원액
37 ° C에서 3 PAD4 분석
RT 4. PAD4 분석
37 ° C 및 실온에서 5 PAD4 시간 코스 분석 실험
실온에서 6 PAD4 저해 분석
7. 원유 세포 용 해물 분석RT에서
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처음에, 그것은 ZRcoum는 96- 웰 플레이트 형식으로 PAD4의 활성에보고 할 수 있음을 입증 하였다. 웰은 상기 기판과 함께 ZRcoum PAD4의 존재 / 부재 하에서 배양 하였다. 15분의 475 nm의 필터 (도 2A) - 37 ° C에서 45 분의 인큐베이션 기간 후, 형광 40분의 340로 측정 하였다. 예상 한 바와 같이, 형광 레벨은 ZRcoum (또는 시트룰린 ZRcoum) 내의 형광 낮게 유지 잠긴 상태로 남아 있었다. 용액에 과량의 트립신 / EDTA를 첨가하면, 형광 물질은 ZRcoum로부터 해방 있었지만 PAD4의 존재 하에서 거의 변하지 않았다. EDTA의 첨가로 인해 필수적인 칼슘 이온을 킬레이트 화하는 능력에 PAD4 반응의 중단을 지원하기위한 것이다. 이들 데이터로부터, 형광 출력의 5.2 배의 감소 PAD4의 ...
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여기서, PAD4의 활성을 모니터링하는 형광 기반 분석이 성공적으로 개발되었다. 이 분석은 여러 고처리량 조건에서 믿을 수 없을 정도로 견고한 것으로 입증되었으며 전체 세포 용해물과도 호환됩니다37.
히스톤 단백질과 이를 둘러싼 DNA 가닥 사이의 친화력은 시트룰린화 시 아르기닌 측쇄의 양전하가 중화되기 때문에 느슨해집니다. 아르기닌 측쇄의 중화가 PAD4 활동을 모니터링하기 위해 유사하게 활용될 수 있다고 구상되었습니다. PAD4에 의한 아르기닌을 시트룰린으로 전환하면 트립신 매개 가수분해에 대한 감수성이 크게 감소할 것으로 예상됩니다. 트립신은 라이신과 아르기닌의 C-말단 아미드 결합을 가수분해하는 데 뚜렷한 선호도를 가지며, pH 범위 7.5에서 8.5 근처에서 최적의 활성을 보입니다. 따라서 모든 트립신 용액은 pH 7.5에서 제조되었고 모든 분석은 pH 8.0에서 수행되었습니다. 또한, 형광단 7-아미도-4-메틸쿠마린의 아르기닌 C-말단으로의 아세틸화...
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이 작업은 Lehigh University Start-up Package의 지원을 받았습니다. 단백질 발현을 위한 GST-PAD4 플라스미드를 제공해 주신 Walter Fast 박사님께 감사드립니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| LB Broth, Miller (LURIA-BERTANI) | Amresco | J106-2KG | a href="http://www.amresco-inc.com/">http://www.amresco-inc.com |
| Ampicillin Trihydrate (회백색 분말), Fisher BioReagents | Fisher Scientific | BP902-25 | http://www.fishersci.com |
| 이소프로필티아갈락톤스 (IPTG) | Life Technogolies | 15529-019 | http://www.lifetechnologies.com |
| 모든 완충염 | Fisher Scientific | Can은 Fisher Scieintifc에서 구매할 수 있습니다. 폭스바겐; 아크로스; 시그마-알드리치; 등. | |
| 프로티노 글루타티온(GSH) 아가로스 | Machery-Nagel | 745500.10 | 4 °에 저장; C; http://www.mn-net.com/ |
| 클로로아미딘 | 케이맨 화학 | 10599 | -20 °에 저장; C; https://www.caymanchem.com/app/template/Home.vm |
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