פרוטוקול זה מתאר בדיקה ביוכימית של שינוי ג'ל למדידת פעילות FEN1 (Flap Endonuclease 1) והתפתחות מעכבים.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מתאר בדיקה ביוכימית של שינוי ג'ל למדידת פעילות FEN1 (Flap Endonuclease 1) והתפתחות מעכבים.
FEN1 (Flap Endonuclease 1) הוא נוקלאז DNA מרכזי המעורב בשכפול DNA ותיקון נזקים, וממלא תפקיד מכריע בשמירה על יציבות גנומית. רמות גבוהות של פעילות FEN1 קשורות קשר הדוק להתפתחות סוגי סרטן שונים, מה שהופך את FEN1 לסמן ביולוגי מוכר ויעד תרופתי לסרטן הריאות, השד והערמונית. שיטות תיוג רדיואיזוטופיות קונבנציונליות לזיהוי פעילות נוקלאז FEN1 מציבות אתגרים מבחינת נוחות ובטיחות. במחקר זה, סונתז מצע שבר DNA עם מבנה דש במבחנה. מצע זה מסומן בפלואורופור בקצה 5' של הדש, המאפשר לנוקלאז FEN1 לזהות ולבקע באופן ספציפי את האתר המיועד. פעילות FEN1 נקבעה לאחר מכן על ידי זיהוי אות הפלואורופור לאחר אלקטרופורזה של ג'ל. שיטה זו מאפשרת הערכה מהירה ויעילה של פעילות נוקלאז FEN1 וסינון מעכביו. הוא מספק גישה רגישה וספציפית לניתוח פעילות FEN1 ולהערכת יעילותם של מעכבי מולקולות קטנות. יתר על כן, הוא תורם באופן משמעותי למחקר על תיקון נזקי DNA והתפתחות סרטן, ומציע אסטרטגיה חדשה למחקר קליני על מנגנוני מחלה וזיהוי חומרים גנוטוקסיים.
שכפול ה-DNA אינו תמיד ללא רבב ויכול להיות מופרע על ידי גורמים פנימיים וחיצוניים כאחד. כתוצאה מכך, מנגנוני שכפול ה-DNA ותיקון הנזק חיוניים להישרדות התאים וליציבות הגנום. בתהליך זה, האנדונוקלאז הספציפי למבנה המסתעף האנושי FEN1 (Flap Endonuclease 1), נוקלאז DNA ליבה, ממלא תפקיד מכריע 1,2,3.
FEN1 מעורב בעיקר בשכפול DNA והוא הכרחי להבשלה של שברי אוקזאקי על הגדיל המפגר 4,5. זה מבטיח התקדמות יעילה של שכפול DNA ותיקון מדויק של DNA פגום. עם זאת, עליות חריגות ברמות FEN1 נקשרו קשר הדוק להתפתחות סוגי סרטן שונים 6,7, כגון סרטן ריאות ושד7. לפיכך, FEN1 לא רק חיוני לשכפול ותיקון DNA אלא גם זכה לתשומת לב משמעותית כסמן ביולוגי לאבחון סרטן ויעד טיפולי פוטנציאלי 8,9. גילוי פעילות FEN1 חיוני לאבחון מוקדם של סרטן ולקידום המחקר על טיפולים ממוקדי מטרה.
לאור חשיבותו של FEN1, והצורך לחקור את פעילותו לאבחון מוקדם של סרטן ופיתוח טיפול ממוקד, המטרה העיקרית של השיטה שפותחה בניסוי זה הייתה למדוד בצורה מדויקת ויעילה את פעילות הנוקלאז של FEN1. שיטה זו נועדה לספק פלטפורמה אמינה לסינון מעכבי מולקולות קטנות המכוונים ל-FEN1. על ידי השגת מטרות אלה, המחקר מבקש לתרום להבנה טובה יותר של תפקידו של FEN1 בסרטן ולהקל על גילוי אסטרטגיות טיפוליות חדשות.
קיימות טכניקות רבות לזיהוי פעילות נוקלאז FEN1, כל אחת עם מאפיינים, עקרונות, יתרונות, מגבלות ותרחישים ישימים מובחנים. לדוגמה, אלקטרופורזה של ג'ל ושיטות הפרדת מצע מבוססות HPLC מספקות תוצאות אינטואיטיביות אך כרוכות בהליכים מסורבלים ותפוקה נמוכה10,11. מבחני קיטוב פלואורסצנטי (FP) מתמודדים עם אתגרים בהערכת פעילות FEN1 עקב הפרעות מאוטו-פלואורסצנטיות מורכבות או פיזור אור, המשפיעים על אותות FP. למרות שאסטרטגיות סינון נגדי יכולות לשלול באופן חלקי תוצאות חיוביות כוזבות, כ-15% מהתרכובות הפעילות העיקריות עדיין מזוהות באופן שגוי עקב הפרעות טכניות12. השימוש המשולב בזוגות תורמים/מרווה פלואורסצנטיים (למשל, TAMRA/BHQ-2) וכימילומינסנציה של AlphaScreen מציג חסרונות, כגון עלות הסינתזה הגבוהה של מצעים פלואורסצנטיים מורכבים בעלי דש משולש, במיוחד מגביל את התועלת שלהם בהקרנה בקנה מידה גדול. יתר על כן, מבנה הדש הכפול של המצעים עלול לעכב את הקישור האופטימלי עם FEN1, להפחית את יעילות המחשוף האנזימטי ולפגוע ברגישות הזיהוי. בנוסף, גישה זו מסתמכת במידה רבה על מכשירים מיוחדים (למשל, ViewLux, EnVision), ומגבילה את אימוצה במעבדות מוגבלות במשאבים 13,14,15. שיטות זיהוי פלואורסצנטיות המבוססות על ננו-בדיקות DNA בצורת משקולת כפולה המתפקדות עם ננו-אשכולות כסף (DNA-AgNCs) סובלות משונות מאצווה לאצווה בשל תלותן בחישול מדויק ובשלבי גרעין באתר, מה שמעכב את יכולת השחזור והמדרגיות. עלויות גבוהות והליכים ארוכים מגבילים עוד יותר את יישומם המעשי16.
במאמר זה, פותחה בדיקה מבוססת תיוג פלואורסצנטי כדי לתת מענה למגבלות הטכניות הנוכחיות ולענות על הביקוש הגובר לשיטות בטוחות ונגישות יותר לחקר פעילות FEN1. טכניקה זו מנצלת את הספציפיות והרגישות הגבוהה של גילוי פלואורסצנטי, כמו גם את היכולת להנדס מצעי DNA עם מבנים מוגדרים הניתנים לזיהוי ולבקע על ידי FEN1 (איור 1). שיטה זו מייעלת את הליכי הניסוי תוך שמירה על דיוק גבוה בהערכת פעילות נוקלאז FEN1. בהשוואה לאלקטרופורזה מסורתית של ג'ל וטכניקות מבוססות HPLC, הוא מציע פעולה פשוטה ותפנית מהירה יותר. בניגוד למבחני קיטוב פלואורסצנטיים, גישה זו מאפשרת סינון איכותי מהיר של תרכובות, ומבססת אסטרטגיה יעילה להערכה אנזימטית ראשונית.
שיטה זו מתאימה לחקר פעילות נוקלאז FEN1 בסביבות מעבדה בהן הגישה לחומרים רדיואקטיביים מוגבלת. הוא גם מתאים היטב לסינון מספר רב של מעכבי מולקולות קטנות בזמן קצר יחסית, במיוחד כאשר נדרשת רגישות וסגוליות גבוהות. עם זאת, הוא אינו אידיאלי למחקרים הדורשים כימות מוחלט ברמת דיוק גבוהה מאוד או למעבדות חסרות ציוד בסיסי לגילוי פלואורסצנטי ומומחיות בניתוח אותות פלואורסצנטיים. עבור מחקרים המתמקדים ביישומי in vivo - שבהם התנהגות FEN1 עשויה להיות מושפעת מגורמים ביולוגיים מורכבים שאינם משוכפלים בעיצובי בדיקה נוכחית במבחנה - ייתכן שיהיה צורך בחידוד נוסף או בשיטות חלופיות.
בדיקת פלואורסצנטיות זו רגישה וספציפית ביותר, ומספקת כלי בטוח, נוח ויעיל לחקר פעילות FEN1 ולפיתוח מעכביו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הריאגנטים והציוד המשמשים במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.
1. טיהור ביטוי חלבון FEN1
2. הכנת מצע DNA עם תווית FEN1 TAMRA
3. בדיקת פעילות נוקלאז FEN1
4. סינון מעכבי מולקולות קטנות של נוקלאז FEN1
5. הערכת עוצמת העיכוב של מעכב מולקולות קטנות FEN1--IN-4
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כפי שמוצג באיור 2A, מגיב הצביעה נקשר לחלבון, מה שגורם לחלבון להופיע כפס כחול על הג'ל. הנתיב הראשון מכיל את החלבון המסומן המשמש כהתייחסות למשקל מולקולרי, שבו רצועת החלבון הסטנדרטית של BSA תואמת למשקל מולקולרי של 70 kDa, ורצועת החלבון של חומצת הגרעין FEN1 מתאימה למשקל מולקולרי של 45 kDa. תוצאות הניסוי הראו כי נוקלאז FEN1 הופיע כרצועה שקופה בכ-45 kDa, מה שמעיד על טיהור מוצלח של ביטוי החלבון המושרה.
כפי שמוצג באיור 2B, D1 בנתיב 2 מייצג מצ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בדיקת פעילות נוקלאז FEN1 ובדיקת מעכבי מולקולות קטנות הם מרכזיים במחקר על תיקון נזקי DNA והתפתחות סרטן. בהשוואה לטכניקות תיוג רדיו מסורתיות, השיטה הנוכחית מציעה אלטרנטיבה חסכונית, יעילה, קלה לתפעול ובטוחה יותר. בנוסף, בניגוד למבחני FEN1 מבוססי פרץ פלואורסצנטי, גישה זו מספקת הדמיה אינטואיטיבית יותר של מחשוף הסובסטרט, ובכך מאפשרת הערכה מדויקת יותר של פעילות האנזים ומציעה פלטפורמה אמינה יותר למחקרים קשורים14.
מספר שלבים מרכזיים הם קריטיים ל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי אינטרסים לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי צוות המחקר החדשני של המוסד להשכלה גבוהה של ג'יאנגסו למדע וטכנולוגיה (2021), התוכנית של מרכז המחקר הטכנולוגי ההנדסי של המכללה המקצועית של ג'יאנגסו (2023), תוכנית הטכנולוגיה המרכזית של פרויקטים טכנולוגיים לפרנסה של תושבי סוג'ואו (SYWD2024099), פרויקט של מעבדת המפתח הממלכתית לרפואת קרינה והגנה, אוניברסיטת סוצ'ו (GZK12023013), תוכניות של המכללה לבריאות מקצועית של סוג'ואו (SZWZYTD202201, SZWZYTD202205), ופרויקט צ'ינג-לאן של מחוז ג'יאנגסו בסין (2021, 2022).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1 מ' Tris-HCL | ביוטיים | ST774 | |
| 30% Acr-Bis (29:1) | ביוטיים | ST003-500 מ"ל | |
| 5 מ' Nacl | ביוטיים | ST347 | |
| ביובלו פלוס | ביוטיים | P0003S | |
| BL21(DE3)-FEN1 | ואזים | C504-F1 | |
| BSA | ביוטיים | P0007 | |
| שייקר הסרת צבע | קיילין-בל | TS-100 | |
| DL-דיתיותרייטול | ביוטיים | סט041 | |
| חממת אמבטיה יבשה | רויצ'נג | 200 ד"ח | |
| מכשיר אלקטרופורזה | ביי ג'ינג ליו-יי ביוטכנולוגיה | DDY-6D | |
| FEN1 ב-4 | טרגטMOL | T8545 | |
| IPTG | טקאבה | 9030 | |
| Kanamycin Slufate | ביושארפ | BS152 | |
| צנטריפוגה במעבדה | תרמו | SL 16R | |
| מרק LB | סולארביו | L8291 | |
| Ni-NTA שרף הכריכה שלו | 7SE ביוטק | PANF001-001C | |
| אודיסיאה | אודיסיאה | לי-קור | |
| דף SDS | ביוטיים | P0015L | |
| Trition-x-100 | שיואנייה | S15022 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה