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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
이 프로토콜은 혜성 분석의 적용을 통해 FLT3 돌연변이 세포에서 유형 I 및 유형 II 억제제에 의해 유도된 DNA 손상의 차이를 정량화하는 효과적인 방법을 설명합니다.
클래스 III 수용체 티로신 키나아제인 FMS 유사 티로신 키나아제 3(FLT3)은 급성 골수성 백혈병(AML) 환자에서 약 30%의 돌연변이 빈도를 나타내며 중요한 치료 표적을 구성합니다. 대표적인 I형 및 II형 FLT3 억제제로서 각각 길테리티닙과 퀴자티닙(AC220)이 FLT3 돌연변이 AML 관리에 임상적으로 사용됩니다.
길테리티닙은 활성화된 FLT3 단백질과 비활성화된 FLT3 단백질을 모두 억제하고 AXL 표적을 추가로 억제하여 내성을 극복하는 데 도움을 줍니다. AC220은 활성화된 FLT3를 억제합니다. 혜성 분석은 돌연변이 세포에서 유형 I 대 유형 II FLT3 억제제에 의해 유도된 DNA 손상 패턴을 정량화하고 비교하기 위해 체계적으로 사용되었습니다. 실험 결과 AC220으로 인한 DNA 손상이 길테리티닙에 의한 DNA 손상보다 유의하게 높은 것으로 나타났습니다. 강력한 DNA 손상의 경우 FLT3 억제제를 DNA 손상 복구 억제제와 결합하여 DNA 복구 결함을 표적으로 삼을 수 있습니다. 결과는 DNA 손상 표적 약물의 합리적인 조합 전략에 대한 실험적 지원을 제공합니다.
급성 골수성 백혈병(AML)은 미분화 골수성 전구세포의 병리학적 확장으로 정의되는 클론성 조혈모세포 장애를 나타내며, 이는 조혈 억제 및 골수 부전을 초래합니다. AML의 고유한 분자 이질성은 심각한 치료 문제를 야기합니다1. 특히 임상적으로 중요한 FMS 유사 티로신 키나아제 3(FLT3) 돌연변이는 AML에서 가장 널리 퍼진 유전적 변이 중 하나이며 사례의 약 30%에서 발생하며 불리한 임상 결과와 강한 상관관계를 보여줍니다2. FLT3 수용체 티로신 키나아제는 원형질막에서 활성화되어 PI3K/AKT 및 RAS/MAPK 신호 전달 캐스케이드를 매개하는 반면, FLT3-ITD 돌연변이 변이체는 소포체 내에 유지되어 지속적인 신호 변환기 및 전사 활성화제 5(STAT5) 인산화를 유도합니다. 이러한 유전적 변화는 주로 신호 전달 조절 장애, 제어되지 않은 증식 신호 전달 및 세포사멸 저항성을 통해 여러 발암 메커니즘을 통해 백혈병 발생을 유도합니다3.
전형적인 FLT3 억제제인 AC220과 길테리티닙은 FLT3 발현을 억제하여 세포 증식을 억제하고 세포사멸을 유도하지만 작용 기전은 다릅니다. 길테리티닙(I형 억제제)은 더 넓은 스펙트럼의 FLT3 활성화 돌연변이를 포괄할 뿐만 아니라 FLT3와 밀접한 관련이 있는 AXL 티로신 키나아제도 억제합니다. 이중 억제를 통해 길테리티닙은 암세포의 성장을 보다 포괄적으로 차단할 수 있습니다4. AC220(II형 억제제)은 활성화된 키나아제 형태에 대한 경쟁적 결합을 통해 억제 효과를 발휘하며, 특히 높은 특이성으로 ATP 결합 포켓을 표적으로 합니다5. 이러한 억제는 세포 주기 정지 및 DNA 복제 스트레스 증가로 이어질 수 있습니다.
길테리티닙은 내성 위험이 낮으며 재발성/불응성 FLT3 돌연변이 AML의 단일 요법에 사용됩니다. AC220은 FLT3-ITD 돌연변이에 효과적이고 선택적이며 임상 반응률이 좋지만 FLT3-TKD 돌연변이에는 효과가 없으며 2차 FLT3-TKD 돌연변이(예: D835 또는 F691L)로 인해 FLT3-TKD 돌연변이에 내성이 있을 수 있습니다. 이러한 억제제는 입증된 임상 효능과 개선된 치료 지수를 기반으로 AML 치료제에서 두각을 나타내고 있습니다6. 그러나 이러한 약물의 임상적 사용은 후천적 내성 및 표적 이탈 효과로 인해 어려움을 겪고 있습니다. 임상에서 AC220을 장기간 사용하면 FLT3-TKD 돌연변이로 인한 내성이 발생하는 반면, 길테리티닙의 장기간 사용은 FLT3-TKD 돌연변이로 인한 내성을 초래하지 않더라도 복합 돌연변이(예: TKD와 결합된 FLT3-ITD)에 대한 제한이 있을 수 있습니다 7,8.
이 두 종류의 FLT3 억제제는 FLT3의 억제와 증식성 신호 전달 경로(RAS-MAPK, PI3K-AKT-mTOR, STAT5 신호 전달)의 차단을 통해 복제 스트레스를 간접적으로 유도함으로써 이중 치료 효과를 발휘합니다. 세포 증식의 차단은 일반적으로 세포 주기 정지, 대사 장애(산화환원 항상성의 조절 장애) 및 궁극적으로 세포사멸로 이어집니다 9,10. 이 메커니즘은 궁극적으로 저항성 세포 집단에서 보상적 DNA 복구 적응을 활성화하는 DNA 병변을 생성합니다. 혜성 분석은 FLT3 돌연변이 세포에서 억제제 특이적 DNA 손상 프로파일을 정량적으로 비교할 수 있습니다. 이 실험적 접근 방식은 DNA 손상 취약성을 활용하여 후천적인 치료 저항성을 극복하는 합리적인 병용 요법을 개발하는 데 중요한 통찰력을 제공합니다.
DNA 손상 검출을 위한 현대 방법론에는 면역조직화학적 분석, DNA 단편의 아가로스 겔 전기영동, 중합효소 연쇄 반응(PCR) 및 차세대 시퀀싱(NGS)이 포함되며, 각각 높은 분석 감도와 특이성을 보여줍니다11. 그러나 이러한 접근 방식은 상당한 재정적 요구 사항, 장기간의 처리 기간 및 엄격한 실험 조건으로 인해 제약을 받습니다. 이는 분석 정밀도와 운영 단순성의 균형을 맞추는 탐지 전략을 채택하는 것이 필수적임을 강조합니다.
혜성 분석은 우수한 민감도, 기술적 접근성, 시각화된 DNA 손상 정량화 및 생물학적 시스템 전반에 걸친 광범위한 적용 가능성으로 인해 환경 독성학 및 유전독성 평가에 광범위하게 활용되었습니다12,13. 단일/이중 가닥 절단 검출을 위한 알칼리성 혜성 분석, 이중 가닥 절단 분석을 위한 중성 혜성 분석, 특정 DNA 병변 식별을 위한 효소 변형 혜성 분석의 세 가지 주요 방법론적 변형이 확립되었습니다. 14
방법론적 원리는 다음을 포함합니다: (1) 실험적 치료를 통한 DNA 가닥 중단; (2) 세포막 및 핵막의 용해 완충액 매개 용해로 세포질/핵 단백질 및 RNA가 전기영동 완충액으로 확산되는 반면, 고분자량 DNA는 아가로스 매트릭스에 고정된 상태로 유지됩니다. (3) 알칼리성 변성(pH > 13)은 손상된 DNA 단편의 DNA 풀림 및 해방을 유도합니다. (4) 구형 핵양 구조를 유지하는 온전한 DNA와 함께 특징적인 혜성 형태를 생성하는 단편화된 DNA의 전기영동 필드 구동 양극 이동15,16. DNA 손상 정량화는 꼬리 DNA 백분율(TDP)의 컴퓨터 분석을 통해 달성되며, 단일 세포 분해능에서 유전 독성 영향을 정확하게 측정할 수 있습니다17.
이 조사는 검증된 FLT3 돌연변이 32D 세포에서 길테리티닙과 AC220의 차등 유전독성 효과를 비교하기 위해 체계적인 실험 프레임워크를 사용했습니다. 실험 설계는 (i) FLT3 돌연변이 특이적 DNA 손상 모델의 확립 및 (ii) 알칼리성 혜성 분석 방법론을 통한 약물 유발 DNA 손상의 정량적 평가의 두 가지 주요 구성 요소로 구성되었습니다. FLT3 돌연변이 32D 세포주는 연속적으로 희석된 FLT3 억제제에 노출되기 전에 표준 시험관 내 조건에서 유지되었습니다. 세포 생존력은 CCK-8 분석을 사용하여 평가되었으며, 이후 비선형 회귀 분석을 통해 절반 최대 억제 농도(IC50) 값을 계산했습니다. 5배의 IC50 값이 DNA 손상 유도 임계값으로 선택되었습니다. 약물 처리된 세포를 수확하여 후속 분석을 위해 슬라이드의 저융점 아가로스에 포매했습니다. 전기영동 분리는 알칼리성 완충액에서 30분 동안 24V(~0.74V/cm) 및 300mA에서 수행되었으며, 그 동안 단편화된 DNA는 양극으로 이동하여 특징적인 혜성 형태를 형성하는 반면 온전한 DNA는 구형 핵형 구성을 유지했습니다. DNA 손상 정량화는 꼬리 모멘트를 측정하는 컴퓨터 이미지 분석 혜성 분석 소프트웨어 프로젝트(CASP)를 통해 달성되었으며, 증가된 올리브 꼬리 모멘트 값은 DNA 단편화 정도와 직접적인 상관관계가 있습니다.
1. FLT3-ITD 돌연변이가 있는 32D 세포에서 DNA 손상 모델 구축 18
× 100%
× 100%2. 시약 준비 및 세포 샘플 준비
3. 혜성 분석 절차
4. 데이터 처리
혜성 분석은 FLT3 돌연변이 세포주에서 길테리티닙과 AC220에 의해 유도된 차등 DNA 손상 프로파일을 정량화하기 위해 체계적으로 사용되었습니다. 분석 결과 길테리티닙과 AC220으로 처리되지 않은 세포 집단 간의 DNA 손상 차이는 통계적으로 유의하지 않은 것으로 나타났습니다(P > 0.05). 꼬리 DNA(%) 및 올리브 모멘트 꼬리(OMT) 값의 용량 의존적 증가는 2-6시간 노출 후 통계적 유의성(P < 0.05)을 달성했습니다. OMT는 꼬리의 % DNA와 '머리-꼬리 형광의 무게 중심 사이의 거리'의 곱을 나타냅니다. 꼬리 DNA(%) 및 올리브 모멘트 꼬리(OMT) 차이는 AC220이 길테리티닙보다 세포에 더 많은 DNA 손상을 유발한다는 것을 나타냅니다(그림 3 및 그림 4). 결론적으로, 이 실험 패러다임은 혜성 분석이 돌연변이 세포 모델에서 FLT3 억제제의 DNA 손상 차이를 평가하는 데 도움이 될 수 있음을 결정적으로 확립합니다.

그림 1: 55nM 길테리티닙에 반응하여 FLT3 돌연변이 세포에 의해 생성된 혜성 후행. FLT3-돌연변이 세포 (A) 길테리티닙으로 처리되지 않은 경우, (B) 길테리티닙으로 치료 2시간 후, (C) 길테리티닙으로 치료 4시간 후, (D) 길테리티닙으로 치료 6시간 후. 화살표는 화학 처리 후 눈에 띄는 꼬리를 생성한 혜성을 가리킵니다. 스케일 바 = 1,000 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 0.15nM AC220에 반응하여 FLT3 돌연변이 세포에 의해 생성된 혜성 후행. FLT3 돌연변이 세포 (A) AC220으로 처리되지 않은 후, (B) AC220으로 2시간 처리 후, (C) AC220으로 처리 4 시간 후, (D) AC220으로 처리 6 시간 후. 화살표는 화학 처리 후 눈에 띄는 꼬리를 생성한 혜성을 가리킵니다. 스케일 바 = 1,000 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: FLT3 돌연변이 세포의 % 꼬리 DNA에 대한 길테리티닙 및 AC220의 효과. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, 0H 미 처리 세포. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: FLT3 돌연변이 세포의 OMT에 대한 길테리티닙 및 AC220의 효과. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001, 0H 미 처리 세포. 약어: OMT = 올리브 모멘트 테일. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: CASP 혜성 분석 소프트웨어 운영 절차. (A) 소프트웨어를 연 후 화면을 표시하고, (B) 이미지를 성공적으로 가져온 후 인터페이스를 표시합니다. 이미지를 성공적으로 가져온 후 인터페이스가 표시됩니다. 조정 버튼을 클릭하면 개별 혜성의 프레임을 잡을 흰색 직사각형 상자가 나타납니다. (C) 도구 모음에서 분석 버튼을 클릭합니다. 소프트웨어는 % 테일 DNA, 테일 모멘트, 올리브 테일 모멘트 등 (D) 작동 중에 사용되는 버튼. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.
이 프로토콜은 혜성 분석의 적용을 통해 FLT3 돌연변이 세포에서 유형 I 및 유형 II 억제제에 의해 유도된 DNA 손상의 차이를 정량화하는 효과적인 방법을 설명합니다.
이 작업은 장쑤성 고등교육기관 과학기술혁신연구팀(2021), 장쑤성직업대학 공학기술연구센터 프로그램(2023), 절강성 의료 및 보건 과학 기술 프로그램(2025KY1861), 중국 장쑤성 고등교육기관 자연과학 핵심 재단(보조금 번호 24KJA310008), 쑤저우 직업 보건 대학 프로그램(보조금 번호. SZWZYTD202201, szwzy202406), 수주대학교 방사선 의학 및 보호 국가 핵심 연구소 프로젝트(GZK12023013).
| 0.5M EDTA | 비요타임 | ST066 | |
| 1x YeaRed 핵산 염색 | 예센 | 10202ES | |
| 32D 셀 | 코비오에 | CBP60995 | |
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