ペプチドマイクロアレイによるヒストン抗体特異性の解析

ゲノムDNAは、ヒストンタンパク質を含む真核細胞の核内にエレガントにパッケージングされ、クロマチンを形成する。クロマチンの反復サブユニットはヌクレオソームであり、これはヒストンタンパク質の八量体コア（H2A、H2B、H3、およびH4 ^1）のまわりに包まれた147塩基対のDNAからなる。クロマチンは、ゆるやかに詰まったユークロマチンおよび密に詰まったヘテロクロマチンドメインに広く組織されている。クロマチン圧縮の程度は、複製、転写、および修復のような基本的なDNA鋳型プロセスを実行するために、タンパク質機械が根底にあるDNAにアクセスできる程度を調節する。

クロマチンの文脈におけるゲノムアクセシビリティの重要な調節因子は、ヒストンタンパク質^2、3の構造化されていない尾とコアドメイン上のPTMです。ヒストンPTMは、クロマチン⁴の構造に直接的に作用し、間接的に作用する染色体リモデリング、酵素的および足場活性を有するリーダータンパク質および関連する巨大分子複合体の動員⁵ 。過去20年にわたるヒストンPTM機能の研究は、これらのマークが細胞運命、生物発達、および疾患の開始/進行の調節において重要な役割を果たすことを圧倒的に示唆している。質量分析に基づくプロテオーム技術の進歩により、80以上の異なるヒストン残基に20以上のユニークなヒストンPTMが発見されました⁶ 。注目すべきことに、これらの修飾は、しばしば組み合わせで発生し、「ヒストンコード」仮説と一致して、多くの研究は、リーダタンパク質がヒストンのPTM ^7、8、9の特定の組み合わせの認識を介してクロマチンの別個の領域を標的とすることを示唆しています。重要な課題は、関数をgrに割り当てることですヒストンPTMの特定の組み合わせがどのようにしてクロマチンに関連する動的機能を調整するかを決定することができる。

抗体は、ヒストンPTMの検出のためのリンチピン試薬である。このように、クロマチン生化学研究に使用するために、1,000を超えるヒストンPTM特異的抗体が商業的に開発されている。ハイスループットDNA配列決定技術の急速な発展に伴い、これらの試薬は、チップ配列の個々の研究者および大規模エピゲノミクス「ロードマップ」の取り組み（ 例えば 、ENCODEおよび青写真）によって広く使用されている（次世代シークエンシングと結合クロマチン免疫沈降）パイプラインヒストンPTM分布ゲノムワイド^10、11の高解像度空間マップを生成します。しかし、最近の研究により、ヒストンPTM抗体の特異性は非常に可変であり得、これらの試薬は非特定の残基に変更順序を識別ようなオフターゲットエピトープ認識、隣接のPTMによる強い正および負の影響、及び困難としてavorable特性（ 例えば 、モノ- 、ジ- 、またはトリ-メチルリジン^{）12、13、14、15 、16、17、18。}したがって、これらの貴重な試薬で生成されたデータを正確に解釈するには、ヒストンPTM特異的抗体試薬の厳密な品質管理が必要です。

マイクロアレイ技術は、ハイスループットで、再現性があり、かつ小型化されたフォーマットで、何千もの高分子相互作用の同時検査を可能にする。このため、マイクロアレイプラットフォームの様々なタンパク質-DNA ^19を分析するために作成されています^、「> 20、タンパク質-タンパク質^21、及びタンパク質-ペプチド相互作用^22。実際、ヒストンペプチドマイクロアレイは消しゴム、作家のハイスループットプロファイリングを可能にする、クロマチン生化学研究のための有益な発見プラットフォームとして浮上し、そしてヒストンのPTM ¹⁵の読者ました^{、23、24、}またヒストン抗体特異性^17、25の分析のため。クロマチンとエピジェネティクス研究におけるそれらの用途を超えて、ヒストンペプチド配列は、抗全身性エリテマトーデスおよび他の自己免疫疾患の診断/予後診断検査としての潜在的有用性を有しますクロマチン自己抗体は^26、27を生成しています。

ここでは、設計、製造、および開発のために開発した統合パイプラインについて説明しますヒストンおよびそれらのPTMを認識する抗体の特異性プロファイルを生成するためにヒストンペプチドマイクロアレイをライニングする。このパイプラインは、我々が最近開発したオープンソースのインタラクティブなソフトウェアアプリケーションであるArrayNinjaによって容易にされ、マイクロアレイ実験の設計と解析段階を統合している²⁸ 。 ArrayNinjaはGoogle Chromeで最適に動作します。簡単に述べると、ロボット接触マイクロアレイプリンターを用いて、ストレプトアビジン被覆ガラス顕微鏡スライド上の規定された位置にビオチン結合ヒストンペプチドのライブラリーを沈着させる。次いで、抗体 – エピトープ相互作用を調べるために、競合的および並行アッセイ形式でアレイを使用することができる（ 図1 ）。ペプチドライブラリーは、PTM（リジンアセチル化、リシン/アルギニンメチル化、およびセリン/スレオニンリン酸化）を単独で、プロテオミクスデータセットに主に由来する関連する組み合わせを有する何百ものユニークな合成ペプチドからなる。ペプチド合成および検証のための方法他の場所で詳述されている²³ 。このアレイプラットフォームを利用した、現在行われているヒストンPTM抗体スクリーニングの取り組みから得られたデータは、公開されているWebリソース、Histone Antibody Specificity Database（www.histoneantibodies.com）に保存されています。注目すべきことに、このプロトコルのバリエーションで製造ヒストンペプチドマイクロアレイはまた、ヒストンPTMリーダードメイン^{8、29、30、31、32、33、34、35、36、37}の活性を特徴づけるために広く使用されており、より最近ヒストンをプロファイルしますPTMライターと消しゴムの活動²⁴ 。

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図1：ヒストンペプチドマイクロアレイ上の抗体スクリーニングのための段階的手順の漫画の描写。定義された翻訳後修飾（赤色および青色の円）を有するビオチン化ヒストンペプチドを、ストレプトアビジン被覆ガラス上のビオチン – フルオレセインと同時プリントする。陽性の相互作用は、赤色蛍光として視覚化される。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。