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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Questo protocollo descrive un metodo efficace per quantificare la differenza nel danno al DNA indotto da inibitori di tipo I e di tipo II nelle cellule mutanti FLT3 attraverso l'applicazione del saggio della cometa.
La tirosin-chinasi 3 (FLT3), un recettore tirosin-chinasico di classe III, mostra una frequenza di mutazione di circa il 30% nei pazienti con leucemia mieloide acuta (LMA) e costituisce un bersaglio terapeutico critico. Come inibitori rappresentativi di FLT3 di tipo I e di tipo II, rispettivamente, gilteritinib e quizartinib (AC220) sono clinicamente impiegati nel trattamento della LMA con mutazione FLT3.
Gilteritinib inibisce sia le proteine FLT3 attivate che inattivate, con un'ulteriore inibizione dei bersagli AXL per aiutare a superare la resistenza. AC220 inibisce FLT3 attivato. Il test della cometa è stato sistematicamente impiegato per quantificare e confrontare i modelli di danno al DNA indotti dagli inibitori FLT3 di tipo I rispetto a quelli di tipo II nelle cellule mutanti. I risultati sperimentali hanno rivelato che il danno al DNA causato dall'AC220 era significativamente superiore a quello causato dal Gilteritinib. Per un forte danno al DNA, gli inibitori FLT3 possono essere combinati con inibitori della riparazione del danno al DNA per colpire i difetti di riparazione del DNA. I risultati forniscono supporto sperimentale per la strategia di combinazione razionale di farmaci mirati al danno al DNA.
La leucemia mieloide acuta (LMA) rappresenta una malattia clonale delle cellule staminali ematopoietiche definita dall'espansione patologica dei progenitori mieloidi indifferenziati, con conseguente soppressione ematopoietica e insufficienza del midollo osseo. L'intrinseca eterogeneità molecolare della LMA pone sfide terapeutiche significative1. Di particolare significato clinico, le mutazioni della tirosin-chinasi 3 (FLT3) simili alla FMS costituiscono una delle alterazioni genetiche più prevalenti nella LMA, che si verificano in circa il 30% dei casi, e dimostrano una forte correlazione con gli esiti clinici avversi2. La tirosin-chinasi del recettore FLT3 subisce un'attivazione a livello della membrana plasmatica per mediare le cascate di segnalazione PI3K/AKT e RAS/MAPK, mentre la variante mutante FLT3-ITD viene mantenuta all'interno del reticolo endoplasmatico, inducendo la fosforilazione persistente del trasduttore di segnale e attivatore della trascrizione 5 (STAT5). Queste alterazioni genetiche guidano la leucemogenesi attraverso molteplici meccanismi oncogenici, principalmente attraverso la disregolazione della trasduzione del segnale, la segnalazione proliferativa incontrollata e la resistenza apoptotica3.
AC220 e gilteritinib, come tipici inibitori di FLT3, inibiscono la proliferazione cellulare e inducono l'apoptosi sopprimendo l'espressione di FLT3, ma con meccanismi d'azione diversi. Gilteritinib (un inibitore di tipo I) non solo copre uno spettro più ampio di mutazioni attivanti FLT3, ma inibisce anche la tirosina chinasi AXL, che è strettamente correlata a FLT3. Attraverso la doppia inibizione, gilteritinib può bloccare la crescita delle cellule tumorali in modo più completo4. AC220 (un inibitore di tipo II) esercita il suo effetto inibitorio attraverso il legame competitivo alla conformazione chinasica attivata, mirando specificamente alla tasca di legame dell'ATP con elevata specificità5. Questa inibizione può portare all'arresto del ciclo cellulare e all'aumento dello stress di replicazione del DNA.
Gilteritinib è associato a un basso rischio di resistenza ed è indicato per la monoterapia nella LMA con mutazione FLT3 recidivante/refrattaria. AC220 è efficace e selettivo per le mutazioni FLT3-ITD, con buoni tassi di risposta clinica, ma è inefficace per le mutazioni FLT3-TKD e può essere resistente alle mutazioni FLT3-TKD dovute a mutazioni secondarie FLT3-TKD (ad esempio, D835 o F691L) allo sviluppo di resistenza. Questi inibitori hanno acquisito importanza nelle terapie per la LMA sulla base della dimostrata efficacia clinica e del miglioramento degli indici terapeutici6. Tuttavia, l'uso clinico di questi farmaci è messo alla prova dalla resistenza acquisita e dagli effetti fuori bersaglio. L'uso a lungo termine di AC220 in clinica porta a resistenza dovuta a mutazioni FLT3-TKD, mentre l'uso a lungo termine di gilteritinib può avere limitazioni per mutazioni composte (ad esempio, FLT3-ITD combinato con TKD) anche se non provoca resistenza a causa di mutazioni FLT3-TKD 7,8.
Queste due classi di inibitori di FLT3 esercitano un duplice effetto terapeutico inducendo indirettamente lo stress replicativo attraverso l'inibizione di FLT3 e il blocco della via di segnalazione proliferativa-RAS-MAPK, PI3K-AKT-mTOR, STAT5. Il blocco della proliferazione cellulare di solito porta all'arresto del ciclo cellulare, a disturbi metabolici (disregolazione dell'omeostasi redox) e, infine, all'apoptosi 9,10. Questo meccanismo genera lesioni del DNA che attivano adattamenti compensatori della riparazione del DNA nelle popolazioni cellulari resistenti. Il test della cometa consente il confronto quantitativo dei profili di danno al DNA specifici dell'inibitore nelle cellule mutanti FLT3. Questo approccio sperimentale fornisce informazioni critiche per lo sviluppo di terapie di combinazione razionali che sfruttano le vulnerabilità del danno al DNA, superando così la resistenza terapeutica acquisita.
Le metodologie contemporanee per la rilevazione dei danni al DNA comprendono l'analisi immunoistochimica, l'elettroforesi su gel di agarosio di frammenti di DNA, la reazione a catena della polimerasi (PCR) e il sequenziamento di nuova generazione (NGS), ciascuno dei quali dimostra un'elevata sensibilità analitica e specificità11. Tuttavia, questi approcci sono limitati da requisiti finanziari sostanziali, durate di lavorazione prolungate e condizioni sperimentali rigorose. Ciò sottolinea l'imperativo di adottare strategie di rilevamento che bilancino la precisione analitica con la semplicità operativa.
Il saggio della cometa è stato ampiamente utilizzato nella tossicologia ambientale e nella valutazione della genotossicità grazie alla sua sensibilità superiore, all'accessibilità tecnica, alla quantificazione del danno al DNA visualizzato e all'ampia applicabilità nei sistemi biologici12,13. Sono state stabilite tre principali varianti metodologiche: il saggio della cometa alcalina per il rilevamento della rottura del singolo/doppio filamento, il saggio della cometa neutra per l'analisi della rottura del doppio filamento e il saggio della cometa modificata con enzimi per l'identificazione di lesioni specifiche del DNA. 14
Il principio metodologico prevede: (1) l'induzione di rotture del filamento di DNA attraverso un trattamento sperimentale; (2) Dissoluzione mediata da tampone di lisi di membrane cellulari e nucleari, consentendo la diffusione citoplasmatica/nucleare di proteine e RNA in tampone per elettroforesi, mentre il DNA ad alto peso molecolare rimane immobilizzato nella matrice di agarosio; (3) Denaturazione alcalina (pH > 13) che induce lo svolgimento del DNA e la liberazione di frammenti di DNA danneggiati; (4) Migrazione anodica elettroforetica guidata dal campo di DNA frammentato che crea una caratteristica morfologia cometaria, con DNA intatto che mantiene la struttura nucleoide sferica15,16. La quantificazione del danno al DNA si ottiene attraverso l'analisi computerizzata della percentuale di DNA della coda (TDP), fornendo una misurazione precisa dell'impatto genotossico alla risoluzione di una singola cellula17.
Questa indagine ha impiegato un quadro sperimentale sistematico per confrontare gli effetti genotossici differenziali di gilteritinib e AC220 in cellule 32D FLT3-mutanti convalidate. Il disegno sperimentale comprendeva due componenti principali: (i) la definizione di un modello di danno al DNA specifico per la mutazione FLT3 e (ii) la valutazione quantitativa del danno al DNA indotto da farmaci attraverso la metodologia del saggio della cometa alcalina. La linea cellulare 32D con mutazione FLT3 è stata mantenuta in condizioni standard in vitro prima dell'esposizione a inibitori FLT3 diluiti in serie. La vitalità cellulare è stata valutata utilizzando saggi CCK-8, con successivo calcolo dei valori di concentrazione inibitoria semimassimale (IC50) attraverso l'analisi di regressione non lineare. Un valore IC50 quintuplo è stato scelto come soglia di induzione del danno al DNA. Le cellule trattate con il farmaco sono state raccolte e incorporate in agarosio a basso punto di fusione su vetrini per la successiva analisi. La separazione elettroforetica è stata eseguita a 24 V (~0,74 V/cm) e 300 mA per 30 minuti in tampone alcalino, durante il quale il DNA frammentato è migrato anodicamente per formare la caratteristica morfologia della cometa, mentre il DNA intatto ha mantenuto la configurazione nucleoide sferica. La quantificazione del danno al DNA è stata ottenuta attraverso il progetto software CASP (Comet Assay Software) per l'analisi computerizzata delle immagini che misura il momento di coda, con un aumento dei valori del momento di coda di oliva direttamente correlato all'entità della frammentazione del DNA.
1. Costruzione di un modello di danno al DNA in cellule 32D con mutazioni FLT3-ITD 18
× 100%
× 100%2. Preparazione del reagente e preparazione del campione cellulare
3. Procedura di analisi della cometa
4. Trattamento dei dati
Il test della cometa è stato sistematicamente impiegato per quantificare i profili differenziali di danno al DNA indotti da gilteritinib e AC220 in linee cellulari mutanti FLT3. Le analisi hanno mostrato che la differenza nel danno al DNA tra le popolazioni cellulari non trattate con gilteritinib e AC220 non era statisticamente significativa (P > 0,05). Aumenti dose-dipendenti dei valori di DNA della coda (%) e di Olive Moment Tail (OMT) hanno raggiunto la significatività statistica (P < 0,05) dopo esposizioni di 2-6 ore. L'OMT rappresenta il prodotto della % di DNA nella coda e della "distanza tra il centro di gravità della fluorescenza testa-coda". Le differenze tra il DNA della coda (%) e la coda del momento dell'olivo (OMT) indicano che l'AC220 causa più danni al DNA alle cellule rispetto a gilteritinib (Figura 3 e Figura 4). In conclusione, questo paradigma sperimentale stabilisce in modo definitivo che il saggio della cometa può aiutare a valutare le differenze di danno al DNA degli inibitori di FLT3 in modelli cellulari mutanti.

Figura 1: Scia di cometa prodotta da cellule mutanti FLT3 in risposta a 55 nM gilteritinib. Cellule mutanti FLT3 (A) non trattate con gilteritinib, (B) dopo 2 ore di trattamento con gilteritinib, (C) dopo 4 ore di trattamento con gilteritinib, (D) dopo 6 ore di trattamento con gilteritinib. La freccia indica la cometa che ha prodotto una coda evidente dopo il trattamento chimico. Barra della scala = 1.000 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Scia di cometa prodotta da cellule mutanti FLT3 in risposta a 0,15 nM AC220. Cellule mutanti FLT3 (A) non trattate con AC220, (B) dopo 2 ore di trattamento con AC220, (C) dopo 4 ore di trattamento con AC220, (D) dopo 6 ore di trattamento con AC220. La freccia indica la cometa che ha prodotto una coda evidente dopo il trattamento chimico. Barra della scala = 1.000 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Effetti di gilteritinib e AC220 sulla percentuale di DNA della coda delle cellule FLT3-mutanti. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, vs 0 H cellule non trattate. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Effetti di gilteritinib e AC220 sull'OMT delle cellule FLT3-mutanti. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, vs 0 H cellule non trattate. Abbreviazione: OMT = Coda del momento dell'oliva. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Procedure operative del software CASP Comet Analysis. (A) Schermata di visualizzazione dopo l'apertura del software, (B) Interfaccia di visualizzazione dopo aver importato correttamente le immagini. L'interfaccia viene visualizzata dopo aver importato correttamente le immagini. Cliccando sul pulsante REGOLA si aprirà il riquadro rettangolare bianco con cui inquadrare le singole comete. (C) Fare clic sul pulsante di analisi nella barra degli strumenti. Il software fornirà i seguenti parametri: % DNA della coda, momento della coda, momento della coda dell'oliva, ecc. (D) Pulsanti utilizzati durante il funzionamento. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.
Questo protocollo descrive un metodo efficace per quantificare la differenza nel danno al DNA indotto da inibitori di tipo I e di tipo II nelle cellule mutanti FLT3 attraverso l'applicazione del saggio della cometa.
Questo lavoro è stato sostenuto dal team di ricerca innovativa dell'istituto di istruzione superiore di Jiangsu per la scienza e la tecnologia (2021), dal programma del Jiangsu Vocational College Engineering Technology Research Center (2023), dal programma provinciale di scienze e tecnologie mediche e sanitarie di Zhejiang (2025KY1861), dalla Natural Science Key Foundation degli istituti di istruzione superiore del Jiangsu della Cina (sovvenzione n. 24KJA310008), dai programmi del Suzhou Vocational Health College (sovvenzione n. SZWZYTD202201, szwzy202406) e Progetto del Laboratorio Chiave Statale di Medicina e Protezione dalle Radiazioni, Università di Soochow (GZK12023013).
| 0,5 M EDTA | Beyotime | ST066 | |
| 1x Colorazione di acido nucleico YeaRed | Yeasen | Codice 10202ES | |
| CELLA 32D | Cobioer | CBP60995 | |
| AC220 | TargetMol | T2066 | |
| Kit di conteggio cellulare-8 | Dojindo | CK04 | |
| Piastra di conteggio delle cellule | QiuJing | XB-K-25 | |
| Incubatore CO2 | Termo | 51032872 | |
| Progetto software per il saggio delle comete (CASP) | |||
| Kit di analisi della cometa | Trevigen | 4250-050-K | |
| Citazione 5 | BioTek | 16280004 | |
| FBS | PADELLA | ST30-3302 | |
| Gilteritinib | TargetMol | Codice: T4409 | |
| GraphPad Prisma 9.0 | |||
| centrifuga ad alta velocità | Termo | 9AQ2861 | |
| Pipette L-1000XLS+ | Rainin | 17014382 | |
| Pipette L-20XLS+ | Rainin | 17014392 | |
| serbatoio di azoto liquido | Mvecryoge | YDS-175-216 | |
| Fotometro per micropiastre Multiskan FC | Termo | 1410101 | |
| Na2OH | DAMAO | 1588 | |
| PBS | Distretto di Solarbio | P1020 | |
| Soluzione di penicillina-streptomicina, 100x | Beyotime | Codice: C0222 | |
| RPMI 1640 medio | Gibco | C22400500BT | |
| Microscopio trinoculare per cellule vive | Motico | 1.1001E+12 | |
| Congelatore a bassissima temperatura | Capelli | V118574 |