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Research Article
Jiani Ge*1,2, Yunfan Sun*3, Jingsheng Hua*4, Yuanhong Huang5, Yi Wang2, Dandan Tang1, Taoyun Wang1, Jinli Li6, Yanfeng Deng7, Song-Bai Liu1,2
1Department of Chemistry and Life Sciences,Suzhou University of Science and Technology, 2Jiangsu Province Engineering Research Center of Molecular Target Therapy and Companion Diagnostics in Oncology,Suzhou Vocational Health College, 3Department of Hematology,The Second Affiliated Hospital of Soochow University, 4Taizhou University Affiliated Municipal Hospital, School of Medicine,Taizhou University, 5National Clinical Research Center for Hematologic Diseases, Jiangsu Institute of Hematology,The First Affiliated Hospital of Soochow University, 6Department of Radiation Oncology,The Affiliated Hospital of Soochow University, 7Department of Medical Ultrasound,Suzhou TCM Hospital Affiliated to Nanjing University of Chinese Medicine
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este protocolo describe un método eficaz para cuantificar la diferencia en el daño del ADN inducido por los inhibidores de tipo I y tipo II en células mutantes FLT3 mediante la aplicación del ensayo cometa.
La tirosina quinasa 3 similar a FMS (FLT3), un receptor de tirosina quinasa de clase III, exhibe una frecuencia de mutación de aproximadamente 30% en pacientes con leucemia mieloide aguda (LMA) y constituye un objetivo terapéutico crítico. Como inhibidores representativos de FLT3 de tipo I y tipo II, respectivamente, gilteritinib y quizartinib (AC220) se emplean clínicamente en el tratamiento de la LMA con mutación FLT3.
Gilteritinib inhibe las proteínas FLT3 activadas e inactivadas, con inhibición adicional de las dianas de AXL para ayudar a superar la resistencia. AC220 inhibe FLT3 activado. El ensayo cometa se empleó sistemáticamente para cuantificar y comparar los patrones de daño del ADN inducidos por los inhibidores de FLT3 de tipo I versus tipo II en células mutantes. Los resultados experimentales revelaron que el daño en el ADN causado por AC220 fue significativamente mayor que el causado por Gilteritinib. Para un daño fuerte en el ADN, los inhibidores de FLT3 se pueden combinar con inhibidores de reparación de daños en el ADN para atacar los defectos de reparación del ADN. Los resultados proporcionan apoyo experimental para la estrategia de combinación racional de fármacos dirigidos al daño del ADN.
La leucemia mieloide aguda (LMA) representa un trastorno clonal de células madre hematopoyéticas definido por la expansión patológica de progenitores mieloides indiferenciados, lo que resulta en supresión hematopoyética e insuficiencia de la médula ósea. La heterogeneidad molecular inherente de la LMA plantea importantes desafíos terapéuticos1. De particular importancia clínica, las mutaciones en la tirosina quinasa 3 similar a FMS (FLT3) constituyen una de las alteraciones genéticas más prevalentes en la LMA, que ocurre en aproximadamente el 30% de los casos, y demuestran una fuerte correlación con resultados clínicos adversos2. La tirosina quinasa del receptor FLT3 se activa en la membrana plasmática para mediar en las cascadas de señalización PI3K/AKT y RAS/MAPK, mientras que la variante mutante FLT3-ITD se retiene dentro del retículo endoplásmico, induciendo la fosforilación persistente del transductor de señal y activador de la transcripción 5 (STAT5). Estas alteraciones genéticas impulsan la leucemogénesis a través de múltiples mecanismos oncogénicos, principalmente a través de la desregulación de la transducción de señales, la señalización proliferativa incontrolada y la resistencia apoptótica3.
AC220 y gilteritinib, como inhibidores típicos de FLT3, inhiben la proliferación celular e inducen la apoptosis al suprimir la expresión de FLT3, pero con diferentes mecanismos de acción. Gilteritinib (un inhibidor de tipo I) no solo cubre un espectro más amplio de mutaciones activadoras de FLT3, sino que también inhibe la tirosina quinasa AXL, que está estrechamente relacionada con FLT3. A través de la inhibición dual, gilteritinib puede bloquear el crecimiento de células cancerosas de manera más completa4. AC220 (un inhibidor de tipo II) ejerce su efecto inhibidor a través de la unión competitiva a la conformación de quinasa activada, dirigiéndose específicamente al bolsillo de unión a ATP con alta especificidad5. Esta inhibición puede conducir a la detención del ciclo celular y al aumento del estrés de la replicación del ADN.
Gilteritinib se asocia con un riesgo bajo de resistencia y está indicado para monoterapia en LMA con mutación FLT3 en recaída o refractaria. AC220 es eficaz y selectivo para las mutaciones FLT3-ITD, con buenas tasas de respuesta clínica, pero es ineficaz para las mutaciones FLT3-TKD, y puede ser resistente a las mutaciones FLT3-TKD debido a mutaciones secundarias FLT3-TKD (por ejemplo, D835 o F691L) para desarrollar resistencia. Estos inhibidores han ganado prominencia en las terapias de LMA en función de la eficacia clínica demostrada y la mejora de los índices terapéuticos6. Sin embargo, el uso clínico de estos medicamentos se ve desafiado por la resistencia adquirida y los efectos fuera del objetivo. El uso a largo plazo de AC220 en la clínica conduce a resistencia debido a mutaciones FLT3-TKD, mientras que el uso a largo plazo de gilteritinib puede tener limitaciones para las mutaciones compuestas (p. ej., FLT3-ITD combinado con TKD) incluso si no da lugar a resistencia debido a mutaciones FLT3-TKD 7,8.
Estas dos clases de inhibidores de FLT3 ejercen un doble efecto terapéutico al inducir indirectamente el estrés replicativo a través de la inhibición de FLT3 y el bloqueo de la señalización de la vía de señalización proliferativa-RAS-MAPK, PI3K-AKT-mTOR, STAT5. El bloqueo de la proliferación celular generalmente conduce a la detención del ciclo celular, alteraciones metabólicas (desregulación de la homeostasis redox) y, en última instancia, a la apoptosis 9,10. Este mecanismo finalmente genera lesiones en el ADN que activan adaptaciones compensatorias de reparación del ADN en poblaciones celulares resistentes. El ensayo cometa permite la comparación cuantitativa de los perfiles de daño del ADN específicos del inhibidor en células mutantes FLT3. Este enfoque experimental proporciona información crítica para desarrollar terapias combinadas racionales que exploten las vulnerabilidades al daño del ADN, superando así la resistencia terapéutica adquirida.
Las metodologías contemporáneas para la detección de daños en el ADN abarcan el análisis inmunohistoquímico, la electroforesis en gel de agarosa de fragmentos de ADN, la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y la secuenciación de próxima generación (NGS), cada una de las cuales demuestra una alta sensibilidad analítica y especificidad11. Sin embargo, estos enfoques están limitados por requisitos financieros sustanciales, duraciones de procesamiento prolongadas y condiciones experimentales estrictas. Esto subraya el imperativo de adoptar estrategias de detección que equilibren la precisión analítica con la simplicidad operativa.
El ensayo cometa se ha utilizado ampliamente en la evaluación de toxicología ambiental y genotoxicidad debido a su sensibilidad superior, accesibilidad técnica, cuantificación de daños en el ADN visualizada y amplia aplicabilidad en sistemas biológicos 12,13. Se han establecido tres variantes metodológicas principales: ensayo de cometa alcalino para la detección de rotura de cadena simple / doble, ensayo de cometa neutro para análisis de rotura de doble cadena y ensayo de cometa modificado enzimáticamente para la identificación de lesiones específicas de ADN. 14
El principio metodológico implica: (1) Inducción de roturas de hebras de ADN a través del tratamiento experimental; (2) Disolución mediada por tampón de lisis de membranas celulares y nucleares, lo que permite la difusión de proteínas citoplasmáticas/nucleares y ARN en tampón de electroforesis, mientras que el ADN de alto peso molecular permanece inmovilizado en matriz de agarosa; (3) Desnaturalización alcalina (pH > 13) que induce el desenrollado del ADN y la liberación de fragmentos de ADN dañados; (4) Migración anódica impulsada por el campo electroforético del ADN fragmentado que crea una morfología característica del cometa, con ADN intacto que conserva la estructura nucleoide esférica15,16. La cuantificación del daño en el ADN se logra mediante el análisis computarizado del porcentaje de ADN de la cola (TDP), lo que proporciona una medición precisa del impacto genotóxico con una resolución unicelular17.
Esta investigación empleó un marco experimental sistemático para comparar los efectos genotóxicos diferenciales de gilteritinib y AC220 en células 32D validadas con mutación FLT3. El diseño experimental comprendió dos componentes principales: (i) establecimiento de un modelo de daño del ADN específico de la mutación FLT3 y (ii) evaluación cuantitativa del daño al ADN inducido por fármacos a través de la metodología de ensayo de cometas alcalinos. La línea celular 32D con mutación FLT3 se mantuvo en condiciones estándar in vitro antes de la exposición a inhibidores de FLT3 diluidos en serie. La viabilidad celular se evaluó mediante ensayos CCK-8, con el posterior cálculo de los valores de concentración inhibitoria media máxima (IC50) mediante análisis de regresión no lineal. Se eligió un valor de IC50 quíntuple como umbral de inducción de daño en el ADN. Las células tratadas con fármacos se recolectaron e incrustaron en agarosa de bajo punto de fusión en portaobjetos para su posterior análisis. La separación electroforética se realizó a 24 V (~0,74 V / cm) y 300 mA durante 30 min en tampón alcalino, durante el cual el ADN fragmentado migró anódicamente para formar la morfología característica del cometa, mientras que el ADN intacto retuvo la configuración de nucleoides esféricos. La cuantificación del daño en el ADN se logró a través del análisis computarizado de imágenes del proyecto de software de ensayo cometa (CASP) que mide el momento de la cola, con valores aumentados del momento de la cola de oliva que se correlacionan directamente con la extensión de la fragmentación del ADN.
1. Construcción de un modelo de daño en el ADN en células 32D con mutaciones FLT3-ITD 18
× 100%
× 100%2. Preparación de reactivos y preparación de muestras celulares
3. Procedimiento de ensayo de cometas
4. Tratamiento de datos
El ensayo cometa se empleó sistemáticamente para cuantificar los perfiles de daño diferencial del ADN inducidos por gilteritinib y AC220 en líneas celulares mutantes FLT3. Los análisis mostraron que la diferencia en el daño del ADN entre las poblaciones celulares no tratadas con gilteritinib y AC220 no fue estadísticamente significativa (P > 0,05). Los aumentos dependientes de la dosis en los valores de ADN de la cola (%) y cola de momento oliva (OMT) alcanzaron significación estadística (P < 0,05) después de exposiciones de 2 a 6 H. OMT representa el producto del % de ADN en la cola y la 'distancia entre el centro de gravedad de la fluorescencia cabeza-cola'. Las diferencias en el ADN de la cola (%) y la cola de momento oliva (OMT) indican que AC220 causa más daño en el ADN a las células que gilteritinib (Figura 3 y Figura 4). En conclusión, este paradigma experimental establece de manera concluyente que el ensayo cometa puede ayudar a evaluar las diferencias de daño en el ADN de los inhibidores de FLT3 en modelos celulares mutantes.

Figura 1: Rastro de cometa producido por células mutantes FLT3 en respuesta a gilteritinib 55 nM. Células con mutación FLT3 (A) no tratadas con gilteritinib, (B) después de 2 H de tratamiento con gilteritinib, (C) después de 4 H de tratamiento con gilteritinib, (D) después de 6 H de tratamiento con gilteritinib. La flecha apunta al cometa que produjo una cola notable después del tratamiento químico. Barra de escala = 1,000 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Rastro de cometa producido por células mutantes FLT3 en respuesta a AC220 de 0,15 nM. Células mutantes FLT3 (A) no tratadas con AC220, (B) después de 2 H de tratamiento con AC220, (C) después de 4 H de tratamiento con AC220, (D) después de 6 H de tratamiento con AC220. La flecha apunta al cometa que produjo una cola notable después del tratamiento químico. Barra de escala = 1,000 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Efectos de gilteritinib y AC220 en el % de ADN de cola de células mutantes FLT3. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, frente a 0 H células no tratadas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Efectos de gilteritinib y AC220 sobre la OMT de células mutantes FLT3. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, frente a 0 H células no tratadas. Abreviatura: OMT = Cola de momento oliva. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Procedimientos operativos del software de análisis de cometas CASP. (A) Pantalla de visualización después de abrir el software, (B) Interfaz de visualización después de importar imágenes con éxito. La interfaz se muestra después de importar imágenes con éxito. Al hacer clic en el botón AJUSTAR , aparecerá el cuadro rectangular blanco con el que enmarcar los cometas individuales. (C) Haga clic en el botón de análisis en la barra de herramientas. El software dará los siguientes parámetros: % ADN de la cola, momento de la cola, momento de la cola de oliva, etc. (D) Botones utilizados durante la operación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los autores no tienen conflictos de intereses que divulgar.
Este protocolo describe un método eficaz para cuantificar la diferencia en el daño del ADN inducido por los inhibidores de tipo I y tipo II en células mutantes FLT3 mediante la aplicación del ensayo cometa.
Este trabajo fue apoyado por el Equipo de Investigación Innovadora para la Ciencia y la Tecnología de la Institución de Educación Superior de Jiangsu (2021), el Programa del Centro de Investigación de Tecnología de Ingeniería de la Facultad Vocacional de Jiangsu (2023), el Programa Provincial de Ciencia y Tecnología Médica y de la Salud de Zhejiang (2025KY1861), la Fundación Clave de Ciencias Naturales de las Instituciones de Educación Superior de Jiangsu de China (Subvención No. 24KJA310008), los Programas de la Facultad de Salud Vocacional de Suzhou (Subvención No. SZWZYTD202201, szwzy202406) y Proyecto del Laboratorio Estatal Clave de Medicina y Protección Radiológica, Universidad de Soochow (GZK12023013).
| 0,5 M EDTA | Tiempo de beyo. | ST066 | |
| 1x tinción de ácido nucleico YeaRed | Sí | 10202ES | |
| CÉLULA 32D | Cobioer | CBP60995 | |
| AC220 | ObjetivoMol | T2066 | |
| Kit de recuento de células-8 | Dojindo | CK04 | |
| Placa de recuento de células | QiuJing | XB-K-25 | |
| Incubadora de CO2 | Termo | 51032872 | |
| Proyecto de software de ensayo de cometas (CASP) | |||
| Kit de ensayo Comet | Trevigen | 4250-050-K | |
| Citación 5 | BioTek | 16280004 | |
| FBS | CACEROLA | ST30-3302 | |
| Gilteritinib | ObjetivoMol | T4409 | |
| GraphPad Prisma 9.0 | |||
| centrífuga de alta velocidad | Termo | 9AQ2861 | |
| Pipetas L-1000XLS+ | Rainin | 17014382 | |
| Pipetas L-20XLS+ | Rainin | 17014392 | |
| tanque de nitrógeno líquido | Mvecryoge | YDS-175-216 | |
| Fotómetro de microplacas Multiskan FC | Termo | 1410101 | |
| Na2OH | DAMAO | 1588 | |
| PBS | Solarbio | P1020 | |
| Solución de penicilina-estreptomicina, 100x | Tiempo de beyo. | C0222 | |
| RPMI 1640 medio | Gibco | C22400500BT | |
| Microscopio trinocular de células vivas | Movimiento | 1.1001E+12 | |
| Congelador de temperatura ultrabaja | Haire | V118574 |