ヒストン解析

ヒストンとは?

真核生物のゲノムDNAを包み込むクロマチンは、非常にダイナミックな構造をしています。クロマチンの最小単位はヌクレオソームであり、147塩基対のDNAがヒストンタンパク質の8量体に巻き付いています。ヒストン8量体は、ヒストンH3H4のヘテロ4量体を中心に、ヒストンH2AH2Bの2つのヘテロ2量体に挟まれて構成されています。ヌクレオソームはリンカーDNAによって10-60 bpの間隔で形成され、10 nm繊維と呼ばれています。ヌクレオソーム間にリンカーヒストン (ヒストンH1) が結合すると安定化され、ヌクレオソームは寄り集まってよりコンパクト (約30 nm) に折り畳まれます。このような30 nm繊維は生体内で凝縮され、細胞周期の間期における糸状のクロマチン繊維や分裂中期における棒状の染色体を形成します1

しかし、ヒストンやヌクレオソームの役割は、クロマチンの圧縮だけではありません。過去10年間で、クロマチン構造は動的であり、転写などの生物学的プロセスにおいて重要な役割を果たしていることが報告されてきました。例えば、ヌクレオソームの可動性の発見は、生物学的に重要な意味を持っています。実際、プロモーターに位置するヌクレオソームは、転写の制御に重要な役割を果たしています。転写を開始するためには、このようなヌクレオソームをほどかなければなりません2,3

クロマチンは、ヒストンN末端テールの翻訳後修飾やDNAのシトシン残基のメチル化など、さまざまな化学修飾を受けています。コアヒストンには、ヒストンフォールドドメインと、長さの異なるN末端テールが存在しており、これらは翻訳後修飾の対象となります。ヒストンの修飾には、アセチル化、メチル化、リン酸化、ユビキチン化、グリコシル化、ADPリボシル化、カルボニル化、SUMO化などが報告されています。ヒストンの多くアミノ酸は修飾されており、アセチル化・メチル化・ユビキチン化されたリジン残基、メチル化されたアルギニン残基、リン酸化されたセリン残基やスレオニン残基などがあります。多くの修飾が他の修飾に影響を与え、総称して「ヒストンコード」を構成しています。これらの修飾は、特定の転写状態や、クローズドクロマチン、オープンクロマチンの特定の構造と相関があります。

ヒストンのメチル化は、リジン (K) やアルギニン (R) で起こります。ヒストンのメチル化は可逆的なプロセスであり、PRMT1やSuv39Hなどのヒストンメチル基転移酵素 (HMT) が触媒するのに対し、ヒストンの脱メチル化はLSD1や十文字(Jumonji)ドメイン含有タンパク質などのヒストン脱メチル化酵素が触媒しています4-7。ヒストンのメチル化は、メチル化された残基とその程度に依存して、遺伝子の転写状態を制御しています。リジン残基にはメチル基が3つまで付くことができ、モノメチル化、ジメチル化、トリメチル化が存在します4-7

クロマチンの凝集を調節するには、ヒストンテールのリジン残基の可逆的なアセチル化が必要です。リジン残基のε-アミノ基にアセチル補酵素A (acetyl-coA) のアセチル基が転移し、正電荷を中和することをアセチル化反応といいます。この反応は、ヒストン脱アセチル化酵素 (histone deacetylase; HDAC) とヒストンアセチル化酵素 (histone acetyltransferase; HAT) という2つの拮抗する酵素群の活性のバランスによって調節され、それぞれがコアヒストンにアセチル基を外したり付加したりします7,8.

ヒストンのリン酸化は、セリン(Ser)残基やスレオニン(Thr)残基上で起こり、転写、染色体凝縮、DNA修復、アポトーシスなどに影響を与えます。例えば、ヒストンH3の10番目のセリンや28番目のセリンのリン酸化 (H3 phospho Ser10またはH3 phospho Ser28) は、S期に染色体凝縮が誘導される有糸分裂の初期に起こります9

クロマチンタンパク質は動的であり、ヒストンの各々のバリアントに置換されることがあります。バリアントのアミノ酸配列は異なっており、その置換はヌクレオソームコア粒子の生物物理学的特性に機能的な影響を与え、転写因子やクロマチンリモデリング因子へのDNAのアクセス性を変化させます。ヒストンH2Aは、最も多くのバリアントが確認されています。例えば、ヒストンH2AのバリアントであるヒストンH2A.Z (H2AZ、H2AFZ) は、ヒストンH2Aに類似していますが分子構造が異なっており、独自の機能を持つタンパク質です。H2A.Zは、種を超えて広く保存されており、遺伝子の活性化、染色体の分離、ヘテロクロマチンによる遺伝子サイレンシング、細胞周期の進行など、細胞の基本的なメカニズムにおいて重要な役割を果たしています。ヒストンH2AX (H2AX、H2AヒストンファミリーメンバーX) は、低線量の電離放射線に反応するチェックポイントを介した細胞周期の進行停止や、DNA二本鎖切断 (DNA double-strand breaks; DSBs) の効率的な修復に必要です。特にC末端のリン酸化によって修飾された場合に効果を発揮します。ヒストンマクロH2A (mH2A) は、ヒストンH2Aに類似した領域を持つヒストンバリアントですが、ヒストン様領域に加えて独自のC末端ドメイン (マクロドメイン、非ヒストンドメイン (non-histone domain; NHD) とも呼ばれる) を持っています。mH2Aは、不活性な哺乳類の雌のX染色体、老化関連ヘテロクロマチン病巣、インプリンティング遺伝子、CpGメチル化されたクロマチン領域などの凝集したクロマチンに結合します10,11

核内の遺伝物質の構成は、DNAにアクセスする必要のあるすべてのプロセスに大きな影響を与えます。ゲノムの制御には、クロマチンや染色体構造の中核をなすヒストンタンパク質が大きく関与しています。細胞内のエピジェネティックな情報の変化は、がんや発達障害など多くの疾患に重要な役割を果たしています。

アクティブ・モティフは、ヒストンやヒストン修飾の研究に役立つ製品を提供しております。


ヒストン抗体

アクティブ・モティフは、ヒストン、翻訳後修飾ヒストン、クロマチンリモデリング因子に対する高品質な抗体を提供しています。詳しくは、ヒストン抗体のページをご覧ください。


ヒストン修飾ELISA

ヒストン修飾ELISAは、精製したコアヒストンや酸抽出により単離したヒストンから、ヒストン修飾レベルの変化を簡便かつ高感度に検出する方法です。ヒストンの抽出には、アクティブ・モティフの Histone Purification Kitを使用することができます。ヒストンH3のアセチル化、メチル化、リン酸化、およびヒストンH3全体を解析するキットを用意しています。ヒストン修飾 ELISA には、より簡便に、より定量的に結果を評価するための標準物質として、部位特異的なメチル化リコンビナントヒストンタンパク質またはアセチル化リコンビナントヒストンタンパク質が含まれているため、標準曲線を作成することができます。詳細は、Histone Modification ELISA をご覧ください。


リコンビナントヒストンタンパク質

特定のメチル化状態を持つヒストンは、クロマチン関連タンパク質、ヌクレオソームリモデリング、転写制御、複製、DNA修復などの複雑で機能を調べるのに不可欠なツールです。

アクティブ・モティフは、メチル化ヒストンに加えて、部位特異的にアセチル化修飾されたヒストンも提供しています。ヒストンのアセチル化は、ヌクレオソーム構造に影響を与える翻訳後修飾であるため、転写因子がDNAにアクセスし遺伝子発現を制御する能力に影響を与えます。

ヒストンのセリンおよびスレオニン残基のリン酸化は、転写、染色体凝縮、DNA修復およびアポトーシスに影響を与えることがあります。アクティブ・モティフは、部位特異的なヒストンリン酸化を研究するための各種修飾リコンビナントヒストンを提供しています。

詳しくは、アクティブ・モティフのヒストンおよび修飾ヒストンをご覧ください。


リコンビナントヒストン - メチル化/脱メチル化/アセチル化/脱アセチル化 - 酵素

アクティブ・モティフでは、多様な研究ニーズにお応えするために、エピジェネティクスに関連する多くのリコンビナントタンパク質を取り揃えています。詳細は、リコンビナントタンパク質および酵素をご覧ください。


ヒストンペプチドアレイ

ChIP、ChIP-seq、ChIP-chip、IFなど、研究ツールとして抗体を使用することが増えていますが、正確なデータ解析を行うためには抗体の特異性を評価することがとても重要です。アクティブ・モティフのMODified™ Histone Peptide Arrayは、抗体の交差反応性をスクリーニングするための製品です。各ペプチドアレイには384の異なるヒストン修飾の組み合わせがスポットされており、同じペプチドに最大4つの別々の修飾が含まれています。このようにヒストン修飾を広範囲にカバーしているため、個々の部位だけでなく、隣接する修飾が抗体の認識や結合に与える影響も調べることができます。MODified Histone™ Peptide Array は、ヒストンH2A, H2B, H3, H4 のN末端テール上の59のアセチル化、メチル化、リン酸化、シトルリン化修飾をスクリーニングすることができます。

ヒストンペプチドアレイの検出に必要なバッファーとECL試薬を含む Array Labeling Kit をご用意しています (アレイは含まれていません)。MODified™ Array Labeling Kit は、抗体と酵素の相互作用研究に使用することができます。アレイ上のc-Mycスポットを認識するポジティブコントロール抗体が含まれています。


ヒストン精製キット

ヒストンは酸に溶けることが知られており、単離するためには酸抽出が必要です。ヒストンの精製が可能になったことで、アセチル化、メチル化、リン酸化などの翻訳後修飾を維持したまま、細胞培養や組織サンプルからコアヒストンの分画をさらに分離することができるようになりました。Histone Purification Kit は、あらゆる培養細胞や組織サンプルからコアヒストンを簡単に単離することが可能です。コアヒストンは、H2A、H2B、H3、H4を含む集団として、便利なスピンカラム (Histone Purification Mini-kit) を用いて精製するか 、さらに効率的な自然落下クロマトグラフィーカラム (Histone Purification Kit) を用いてH2A/H2B二量体とH3/H4四量体に分離して精製することができます。


クロマチン再構築キット

The Chromatin Assembly Kit を使用すると、ネイティブなクロマチン環境で目的のDNA配列を研究することができます。シンプルで分かりやすいプロトコルにより、簡便かつ短時間で、in vitro ChIP、転写、ヒストン修飾アッセイなどのダウンストリームアプリケーションに最適な、再構築されたクロマチンを得ることができます。


ヒストンアセチル化酵素 (HAT) 活性測定

ヒストンのアセチル化は、ヒストン脱アセチル化酵素 (HDAC) とヒストンアセチル化酵素 (HAT) の拮抗する2つの酵素ファミリーの活性のバランスによって生じる可逆的プロセスで、それぞれコアヒストンへのアセチル基の除去または付加を行います。Histone Acetyltransferase (HAT) Assay Kit は、蛍光法により試料中のHAT活性を測定し、HAT阻害剤のスクリーニングにも用いられるキットです。このアッセイは使いやすく、30分で結果が得られるシンプルなプロトコルが特徴で、96ウェルプレートでのハイスループット使用に最適です。


ヒストン脱アセチル化酵素 (HDAC) 活性測定

Histone Deacetylase (HDAC) Assay Kit は、抽出液や精製したサンプル中のHDAC活性を測定するための96ウェルプレートベースのアッセイキットです。HDACアッセイキットには、比色式と蛍光式の2種類があり、お客様のニーズに合わせてお選びいただけます。


References

  1. Peterson, C.L. & Laniel, M.A. (2004) Curr Biol 14, R546-551.
  2. Sharma, S., Kelly, T.K. & Jones, P.A. (2010) Carcinogenesis 31, 27-36.
  3. Quivy, V., De Walque, S. & Van Lint, C. (2007) Subcell Biochem 41, 371-396.
  4. Berger, S.L. (2002) Curr Opin Genet Dev 12, 142-148.
  5. Zhang, K., et al. (2002) Anal Biochem 306, 259-269.
  6. Zhang, L., Eugeni, E.E., Parthun, M.R. & Freitas, M.A. (2003) Chromosoma 112, 77-86.
  7. Marmorstein, R. & Trievel, R.C. (2009) Biochim Biophys Acta 1789, 58-68.
  8. Johnsson, A.E. & Wright, A.P. (2010) Cell Cycle 9, 467-471.
  9. Cruickshank, M.N., Besant, P. & Ulgiati, D. (2010) Amino Acids .
  10. Kiefer, J.C. (2007) Dev Dyn 236, 1144-1156.
  11. Thambirajah, A.A., Li, A., Ishibashi, T. & Ausio, (2009) J. Biochem Cell Biol 87, 7-17.