Эти протоколы предоставляют методологию, используемую для оценки ферментативной активности отдельных членов семейства белков аргининметилтрансферазы (PRMT) в клетках. Описаны подробные рекомендации по оценке активности PRMT с использованием эндогенных и экзогенных биомаркеров, антител, распознавающих метиларгинин, и ингибиторных инструментальных соединений.
Протеинметилтрансферазы (PRMT) катализируют перенос метильной группы в аргининовые остатки субстратных белков. Семейство PRMT состоит из девяти членов, которые могут монометилировать или симметрично/асимметрично диметилировать остатки аргинина. Имеется несколько антител, распознающих различные типы метилирования аргинина различных белков; таким образом, предоставляя инструменты для разработки анализов биомаркеров активности PRMT. Анализы на основе антител PRMT являются сложными из-за перекрывающихся субстратов и специфичности антител на основе мотивов. Обсуждаются эти вопросы и экспериментальная установка для исследования метилирования аргинина, вносимого отдельными PRMT. Благодаря тщательному отбору репрезентативных субстратов, которые являются биомаркерами для восьми из девяти PRMT, была разработана панель анализов активности PRMT. Здесь представлены протоколы клеточных анализов, количественно измеряющих ферментативную активность отдельных членов семейства PRMT в клетках. Преимуществом описанных методов является их простая производительность в любой лаборатории с клеточной культурой и флуоресцентным западным пятном. Специфичность субстрата и надежность выбранных антител были полностью подтверждены с помощью подходов нокдауна и сверхэкспрессии. В дополнение к подробным рекомендациям по анализу биомаркеров и антител, также представлена информация об использовании ингибитора сбора соединений инструмента для PRMT.
Метилирование аргинина является важной постпрогляционной модификацией, которая регулирует взаимодействие белка с белком и белком и белка с РНК, тем самым играя важную роль в различных клеточных процессах, таких как сплайсинг премрнК, повреждение ДНК, реакция транскрипции и опосредованная фактором роста трансдукция1,2. Аргинин метилируется белками аргининметилтрансферазами (PRMT), в результате чего получается монометиларгинин (Rme1), асимметричный диметиларгинин (Rme2a) или симметричный диметиларгинин (Rme2s)3. На основе типа метилирования PRMT классифицируются на три группы: тип I (PRMT1, 2, 3, 4, 6 и 8), которые катализируют моно- и асимметричное диметилирование; Тип II (PRMT5 и PRMT9), которые катализируют моно- и симметричное диметилирование; и тип III (PRMT7), который может только монометилировать аргинин3.
Из-за растущего числа коммерчески доступных антител, специфичных для метилирования аргинина, активность PRMT может быть измерена с использованием западного блоттинга. Флуоресцентное вестерн-блот является предпочтительным методом по сравнению с хемилюминесцентным обнаружением из-за большего динамического диапазона и линейности, более высокой чувствительности и возможности мультиплексирования4. Для количественной оценки уровней метилирования белка требуется нормализация сигнала метилирования до общих уровней белка. Выбирая антитела для общего и метилированного белка, выращенные у разных видов хозяев (например, у мышей и кроликов), можно использовать вторичные антитела, меченные различными флуорофорами, и сигнал для обоих антител может быть определен в одной и той же полосе образцов. Антитела к метил-аргинину были разработаны для идентификации и характеристики монометилированных, асимметричных или симметрично диметилированных белков, где метил-аргинин встречается в определенном контексте. Поскольку большинство PRMT богатых метилатом глицином и аргинином мотивов в своих субстратах5,несколько антител были подняты для пептидов, содержащих монометиловые или асимметричные, симметричные диметил-аргинин-глициновые повторы, такие как D5A12, ASYM24 или ASYM25 и SYM11, соответственно. Другие метиларгининовые антитела генерировали против библиотеки пептидов, содержащей асимметричный, симметричный диметил- и монометиларгинин в повторяющемся контексте, облегчающих обнаружение метил-аргинина в этих конкретных контекстах6. Существует также растущее число антител, которые распознают специфический знак аргинина на одном белке, которые позволяют селективно обнаруживать метилирование, такое как гистон H4R3me2a или BAF155-R1064me2a.
Существует несколько коммерчески доступных ингибиторов PRMT, которые могут быть использованы в качестве инструментов для клеточных анализов PRMT. Однако не все из них тщательно характеризуются избирательностью и нецелевыми эффектами, и некоторые из них следует использовать с осторожностью. Структурный геномный консорциум в сотрудничестве с академическими лабораториями и фармацевтическими партнерами разработал хорошо охарактеризованные мощные, селективные и клеточно-проницаемые ингибиторы PRMT (химические зонды), которые могут использоваться без ограничений со стороны научного сообщества. Информацию об этих ингибиторах можно найти на https://www.thesgc.org/chemical-probes/epigenetics и https://www.chemicalprobes.org/. Химические зонды представляют собой ингибиторы малых молекул с in vitro IC50 или Kd < 100 нМ, более чем 30-кратной селективностью по отношению к белкам того же семейства и значительной клеточной активностью при 1 мкМ. Кроме того, каждый химический зонд имеет близкий химический аналог, который неактивен против предполагаемойцели 7,8,9,10,11,12.
Целью этого протокола является измерение клеточной активности отдельных членов семьи PRMT с использованием метода флуоресцентного вестерн-блотта. Здесь представлена подробная информация о проверенных биомаркерах анализа, антителах и мощных клеточно-активных ингибиторах, а также ценные стратегии для успешного проведения анализа.
Здесь описаны подробные протоколы клеточного анализа для членов семейства PRMT, которые используют флуоресцентные методы вестерн-блоттинга. Были выбраны уникальные субстраты, для которых изменения метилирования аргинина могут быть легко обнаружены при индивидуальной потере PRMT или каталитическом ингибировании и не могут быть компенсированы другими членами семьи. Некоторые белки метилируются несколькими PRMT21,23,что предполагает перекрытие в специфичности субстрата, когда некоторые PRMT вносят только небольшое количество клеточной метки в данный белковый субстрат24,25,26,27,например, как PRMT8, так и PRMT1 способствуют метилированию EWS. Поэтому каждый анализ требовал тщательной валидации субстратов и антител с помощью экспериментов с нокдауном и/или сверхэкспрессией и дальнейшей валидации с помощью хорошо охарактеризованных селективных ингибиторов. Были идентифицированы специфические субстраты PRMT, для которых изменения меток метилирования могут быть обнаружены в течение 2-3 дней после потери/ингибирования PRMT, чтобы избежать усугубляющих эффектов снижения жизнеспособности и пролиферации клеток, которые могут косвенно влиять на уровни меток метил-аргинина. Хотя удалось найти уникальные субстраты для PRMT1, 4, 5, 7 и 9; для PRMT3, 6 и 8 необходимо было использовать подход, использующий функцию. Несколько аргининметилспецифических антител были протестированы для различных клеточных мишеней, но ни одно из них не смогло обнаружить значительные изменения в течение 3 дней после нокдауна PRMT3 и PRMT6; поэтому анализы биомаркеров были разработаны с использованием эктопически экспрессированных ферментов вместе с каталитически неактивными мутантами, которые служили контролем для базового метилирования субстрата. PRMT8 является близким гомологом PRMT1 и имеет сходные предпочтения субстрата. Поскольку селективный биомаркер PRMT8 не мог быть идентифицирован, был разработан анализ в нокдаунных клетках PRMT1, где PRMT8 был совместно экспрессирован вместе с EWS. PRMT1 также является основным ферментом, ответственным за асимметричное метилирование H4R3, поэтому для использования H4R3me2a в качестве биомаркера для клеточных анализов PRMT3 и PRMT6 были выбраны клетки с низким базальным уровнем H4R3me2a, а также каталитически неактивные мутанты использовались в качестве фонового контроля. Хотя эндогенные анализы являются предпочтительными, экзогенные анализы оказываются бесценными для тестирования клеточной эффективности нескольких селективных ингибиторов PRMT7,8,9. С ростом знаний о биологии PRMT мы ожидаем улучшить анализы, найдя более специфические белки биомаркеров для PRMT3, PRMT6 и PRMT8.
Использование валидированных антител и соответствующих контрольных элементов имеет решающее значение для эффективности анализа PRMT. Все антитела, рекомендованные здесь, были тщательно проверены экспериментами по нокдауну и сверхэкспрессии, однако различия между партиями, особенно в случае поликлональных антител, все еще могут влиять на их производительность. Поэтому крайне важно использовать генетические методы и химические зонды вместе с их тесно связанными негативными контрольными данными для подтверждения надежности анализа. Кроме того, для анализов PRMT, которые требуют сверхэкспрессии белка, крайне важно использовать каталитически неактивные мутанты вместе с белком дикого типа для определения базальных уровней метилирования.
Эта коллекция количественных анализов для профилирования активности PRMT в клетках может быть широко полезна для научного сообщества, поскольку она может быть быстро и легко реализована с минимальным оборудованием и ограниченным техническим опытом, включая только базовые методы культивирования клеток и флуоресцентного западного блоттинга. Рекомендуемые антитела и химические зонды для PRMT также могут быть использованы для анализа профилирования белка на основе активности (ABPP) для установления пригодности данного зонда ABPP, мониторинга поражения цели и оценки внецелевого воздействия с использованием конкурентного формата ABPP. Подходы к разработке анализов, обсуждаемые здесь, также могут быть экстраполированы для других семейств ферментов, таких как белковые лизин-метилтрансферазы и ацетилтрансферазы.
The authors have nothing to disclose.
Консорциум структурной геномики является зарегистрированной благотворительной организацией (нет: 1097737), которая получает средства от AbbVie, Bayer AG, Boehringer Ingelheim, Genentech, Genome Canada через Институт геномики Онтарио [OGI-196], ЕС и EFPIA через совместное предприятие Innovative Medicines Initiative 2 [грант EUbOPEN 875510], Janssen, Merck KGaA (aka EMD в Канаде и США), Pfizer, Takeda и Wellcome Trust [106169/ZZ14/Z].
10 cm TC dishes | Greiner bio-one | 664160 | |
24-well TC plates | Greiner bio-one | 662160 | |
4–12% Bis-Tris Protein Gels | ThermoFisher Scientiffic | NP0323BOX, NP0322BOX,NP0321BOX | |
Amersham Hybond P PVDF membrane | Millipore-Sigma | 10600021 | |
anti-Asym 24 | Millipore-Sigma | 07-414 | |
anti-Asym 25 | Millipore-Sigma | 09-814 | |
anti-B-actin | Santa Cruz Biotechnologies | sc-47778 | |
anti-BAF155 | Santa Cruz Biotechnologies | sc-32763 | |
anti-BAF155-R1064me2a | Millipore-Sigma | ABE1339 | |
anti-FLAG (#, 1:5000) | Millipore-Sigma | F4799 | |
anti-GFP | Clontech | 632381 | |
anti-H3 | Abcam | ab10799 | |
anti-H3R2me2a | Millipore-Sigma | 04-848 | |
anti-H3R8me2a | Rockland | 600-401-I67 | |
anti-H4 | Abcam | ab174628 | |
anti-H4R3me2a | Active Motif | 39705 | |
anti-Hsp/Hsc70 | Enzo | ADI-SPA-820 | |
anti-PRMT1 | Millipore-Sigma | 07-404 | |
anti-PRMT3 | Abcam | ab191562 | |
anti-PRMT4 | Bethyl | #A300-421A | |
anti-PRMT5 | Abcam | ab109451 | |
anti-PRMT6 | Abcam | ab47244 | |
anti-PRMT7 | Abcam | ab179822 | |
anti-Rme1 | CST | 8015 | |
anti-Rme2a | CST | 13522 | |
anti-Rme2s | CST | 13222 | |
anti-Rme2s (ASYM25), Millipore, , 1:2000) | 09-814 | ||
anti-SAP145 (Abcam, #, 1:1000) | Abcam | ab56800 | |
anti-SAP145-R508me2s | kind gift from Dr. Yanzhong Yang, Beckman Research Institute of City of Hope | ||
anti-SmBB’ | Santa Cruz Biotechnologies | sc-130670 | |
benzonase | PRODUCED IN-HOUSE | ||
BSA | Millipore-Sigma | A7906 | |
C2C12 | gift from Dr. Stephane Richard, McGill University | ||
cOmplete, EDTA-free Protease Inhibitor Cocktail | Millipore-Sigma | 11873580001 | |
DMEM | Wisent | 319-005-CL | |
DMSO | Bioshop | DMS666.100 | |
donkey anti-mouse IgG-IR680 | Licor | 926-68072 | |
doxycycline | Millipore-Sigma | D9891 | |
EDTA | Bioshop | EDT111.500 | |
FBS | Wisent | 80150 | |
glycine | Bioshop | GLN002.5 | |
goat-anti-rabbit IgG-IR800 | Licor | 926-32211 | |
HEK293T | gift from Dr. Sam Benchimol, York University | ||
Image Studio Software ver 5.2 | Licor | ||
Loading buffer: NuPAGE LDS Sample Buffer (4x) | ThermoFisher Scientiffic | NP0007 | |
MCF7 | ATCC® HTB-22™ | ||
NaCl | Bioshop | SOD001.1 | |
NuPAGE MOPS SDS Running Buffer | ThermoFisher Scientiffic | NP0001 | |
Odyssey Blocking Buffer (dilute 4 x with PBST) | Licor | 927-40000 | Intercept (PBS) Blocking Buffer can also be used # 927-70001 |
Odyssey CLX Imaging System | Licor | model number 9140 | |
PBS (tissue culture) | Wisent | 311-010-CL | |
PBS (western blot) | Bioshop | PBS405.4 | |
penstrep | Wisent | 450-201-EL | |
Pierce™ BCA Protein Assay Kit | ThermoFisher Scientiffic | 23225 | |
SDS | Bioshop | SDS001.1 | |
skim milk powder | Bioshop | SKI400.500 | |
TC20 automated cell counter | Biorad | 1450102 | |
Tripsin-EDTA (0.25%) | Wisent | 325-043-EL | |
Tris | Bioshop | TRS003.5 | |
Tritton X-100 | Bioshop | TRX506 | |
trypan blue | GIBCO | 15250-061 | |
Tween-20 | Bioshop | TWN510.500 |