Acetylotransferazy lizyny (KATs) katalizują acetylację reszt lizyny zarówno na białkach histonowych, jak i niehistonowych1,2,3,4. Ostatnie badania pokazują, że KAT i ich funkcja acetylotransferazy mogą sprzyjać wzrostowi guzów litych4,5,6,7,8,9. Na przykład białko wiążące CREB (CBP)/p300 to dwa paralogiczne KAT, które regulują liczne szlaki sygnałowe w raku2,3. CBP/p300 mają dobrze scharakteryzowaną funkcję acetylotransferazy histonowej (HAT) i katalizują acetylację histonu 3 lizyny 27 (H3K27ac)2,4,5,10,11, ważny marker dla aktywnych wzmacniaczy, regionów promotora i aktywnej transkrypcji genów12,13,14. CBP/p300 służą jako krytyczne koaktywatory dla pro-wzrostowych szlaków sygnałowych w guzach litych poprzez aktywację transkrypcji onkogenów poprzez acetylację histonów i innych czynników transkrypcyjnych4,9,15,16,17,18. Ze względu na ich rolę w progresji nowotworu, CBP/p300 i inne KAT są badane pod kątem opracowania nowych inhibitorów, które blokują ich funkcję onkogenną4,5,6,7,8,9,18,19,20. A-485 i GNE-049 reprezentują dwie udane próby opracowania silnych i specyficznych inhibitorów dla CBP/p3004,9. Dodatkowe inhibitory są obecnie badane dla CBP/p300 i innych KAT.
Jakość wcześniej opisanych inhibitorów KAT (KATi) jest kwestionowana, a wiele inhibitorów wykazuje docelowe efekty i słabą charakterystykę21. W związku z tym rygorystyczna charakterystyka i walidacja nowych kandydatów na leki ma zasadnicze znaczenie dla opracowania wysokiej jakości sond chemicznych. Przedstawiono tutaj trzy protokoły, które tworzą linię do badań przesiewowych i rygorystycznej walidacji siły i swoistości nowego KATi, ze szczególnym naciskiem na hamowanie funkcji HAT (HATi) KAT. CBP/p300 i ich inhibitory są używane jako przykłady, ale te protokoły można dostosować do innych KAT, które mają funkcję HAT7.
Pierwszy protokół to test in vitro na acetylotransferazę histonów (HAT), który wykorzystuje oczyszczony rekombinowany p300 i histony w kontrolowanej reakcji w probówce. Test ten jest prosty do wykonania, opłacalny, może być stosowany do badań przesiewowych związków w warunkach niskiej przepustowości i nie wymaga materiałów radioaktywnych. W tym protokole rekombinowany p300 katalizuje acetylację lizyny na ogonach histonów podczas krótkiego okresu inkubacji, a poziomy acetylacji histonów są mierzone przy użyciu standardowych procedur immunoblottingu. Reakcja enzymatyczna może być przeprowadzana w obecności lub bez inhibitorów CBP/p300 w celu wykrycia związków zmniejszających acetylację histonów. Ponadto test HAT można wykorzystać do sprawdzenia, czy nowe związki są selektywne dla CBP/p300, oceniając ich aktywność w stosunku do innych oczyszczonych KAT, takich jak PCAF. Test HAT jest doskonałym punktem wyjścia do badania nowych inhibitorów ze względu na swoją prostotę, niski koszt i możliwość określenia siły/selektywności inhibitora. Rzeczywiście, protokół ten jest często używany w literaturze jako badanie przesiewowe in vitro5,10. Jednak inhibitory zidentyfikowane w teście HAT nie zawsze są skuteczne w hodowli komórkowej, ponieważ reakcja w probówce jest znacznie prostsza niż w przypadku żywego systemu komórkowego. Dlatego tak ważne jest dalsze scharakteryzowanie inhibitorów w eksperymentach z hodowlami komórkowymi22,23.
Drugim protokołem w przygotowaniu jest test hamowania hiperacetylacji chromatyny (ChHAI). Ten test oparty na komórkach wykorzystuje inhibitory deacetylazy histonowej (HDACi) jako narzędzie do hiperacetylacji histonów w chromatynie przed jednoczesną inkubacją z klasą HATi24. Podstawowa acetylacja histonów może być niska w hodowli komórkowej, co utrudnia sondowanie za pomocą immunoblottingu bez dodatku HDACi w celu zwiększenia acetylacji. Celem testu ChHAI jest zidentyfikowanie nowego HATi, który może osłabić wzrost acetylacji histonów spowodowany hamowaniem HDAC. Zalety tego testu obejmują jego niski koszt, względną łatwość wykonania oraz wykorzystanie komórek w hodowli, co zapewnia większe znaczenie fizjologiczne niż test HAT w probówce. Podobnie jak w przypadku testu HAT, protokół ten wykorzystuje standardowe immunoblotting do zbierania danych.
Testy HAT i ChHAI dostarczają danych na temat siły nowych związków hamujących globalną acetylację histonów, ale nie dostarczają wglądu w to, jak te związki wpływają na modyfikacje w określonych regionach genomu. Dlatego końcowy protokół, Chromatyna immunoprecypitacyjna-ilościowa reakcja łańcuchowa polimerazy (ChIP-qPCR), jest eksperymentem z hodowlą komórkową, który bada interakcje DNA-białko w określonych regionach genomu. W protokole ChIP chromatyna jest usieciowana w celu zachowania interakcji DNA-białko. Chromatyna jest następnie ekstrahowana z komórek, a kompleks DNA-białko jest poddawany selektywnej immunoprecypitacji dla białka będącego przedmiotem zainteresowania (np. przy użyciu przeciwciała specyficznego dla H3K27ac). DNA jest następnie oczyszczane i analizowane za pomocą qPCR. Na przykład ChIP-qPCR można wykorzystać do określenia, czy nowy HATi obniża acetylację histonów w poszczególnych onkogenach, takich jak Cyclin D125. Chociaż ChIP-qPCR jest powszechną techniką stosowaną w terenie, jej optymalizacja może być trudna4,10,26. Protokół ten zawiera wskazówki dotyczące unikania potencjalnych pułapek, które mogą wystąpić podczas wykonywania procedury ChIP-qPCR, i obejmuje kontrole jakości, które należy przeprowadzić na danych.
Używane razem, te trzy protokoły pozwalają na rygorystyczną charakterystykę i walidację nowego HATi. Ponadto metody te mają wiele zalet, ponieważ są łatwe do wykonania, stosunkowo tanie i dostarczają danych na temat globalnej, jak i regionalnej acetylacji histonów.