Dit protocol beschrijft een effectieve methode voor het kwantificeren van het verschil in DNA-schade veroorzaakt door type I- en type II-remmers in FLT3-mutante cellen door de toepassing van de komeettest.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Dit protocol beschrijft een effectieve methode voor het kwantificeren van het verschil in DNA-schade veroorzaakt door type I- en type II-remmers in FLT3-mutante cellen door de toepassing van de komeettest.
FMS-achtig tyrosinekinase 3 (FLT3), een klasse III receptor tyrosinekinase, vertoont een mutatiefrequentie van ongeveer 30% bij patiënten met acute myeloïde leukemie (AML) en vormt een cruciaal therapeutisch doelwit. Als representatieve type I en type II FLT3-remmers worden respectievelijk gilteritinib en Quizartinib (AC220) klinisch gebruikt bij de behandeling van FLT3-mutante AML.
Gilteritinib remt zowel geactiveerde als geïnactiveerde FLT3-eiwitten, met extra remming van AXL-doelen om resistentie te helpen overwinnen. AC220 remt geactiveerde FLT3. De komeettest werd systematisch gebruikt om DNA-schadepatronen te kwantificeren en te vergelijken die werden geïnduceerd door type I versus type II FLT3-remmers in mutante cellen. Uit de experimentele resultaten bleek dat de DNA-schade veroorzaakt door AC220 significant hoger was dan die veroorzaakt door Gilteritinib. Voor sterke DNA-schade kunnen FLT3-remmers worden gecombineerd met DNA-schadeherstelremmers om DNA-hersteldefecten aan te pakken. De resultaten bieden experimentele ondersteuning voor de rationele combinatiestrategie van geneesmiddelen gericht op DNA-schade.
Acute myeloïde leukemie (AML) vertegenwoordigt een klonale hematopoëtische stamcelaandoening die wordt gedefinieerd door pathologische expansie van ongedifferentieerde myeloïde voorlopercellen, resulterend in hematopoëtische onderdrukking en beenmergfalen. De inherente moleculaire heterogeniteit van AML brengt aanzienlijke therapeutische uitdagingen met zich mee1. Van bijzonder klinisch belang vormen FMS-achtige tyrosinekinase 3 (FLT3)-mutaties een van de meest voorkomende genetische veranderingen bij AML, die in ongeveer 30% van de gevallen voorkomen, en vertonen ze een sterke correlatie met ongunstige klinische resultaten2. De FLT3-receptortyrosinekinase ondergaat activering op het plasmamembraan om PI3K/AKT- en RAS/MAPK-signaleringscascades te mediëren, terwijl de FLT3-ITD-mutante variant wordt behouden in het endoplasmatisch reticulum, waardoor persistente signaaltransducer en activator van transcriptie 5 (STAT5) fosforylering worden geïnduceerd. Deze genetische veranderingen drijven leukemogenese aan via meerdere oncogene mechanismen, voornamelijk door ontregeling van signaaltransductie, ongecontroleerde proliferatieve signalering en apoptotische resistentie3.
AC220 en gilteritinib, als typische FLT3-remmers, remmen celproliferatie en induceren apoptose door FLT3-expressie te onderdrukken, maar met verschillende werkingsmechanismen. Gilteritinib (een type I-remmer) bestrijkt niet alleen een breder spectrum van FLT3-activerende mutaties, maar remt ook de AXL-tyrosinekinase, die nauw verwant is aan FLT3. Door dubbele remming kan gilteritinib de groei van kankercellen uitgebreider blokkeren4. AC220 (een type II-remmer) oefent zijn remmend effect uit door competitieve binding aan de geactiveerde kinaseconformatie, specifiek gericht op de ATP-bindende pocket met hoge specificiteit5. Deze remming kan leiden tot stilstand van de celcyclus en verhoogde DNA-replicatiestress.
Gilteritinib wordt in verband gebracht met een laag risico op resistentie en is geïndiceerd voor monotherapie bij recidiverende/refractaire FLT3-mutante AML. AC220 is effectief en selectief voor FLT3-ITD-mutaties, met goede klinische responspercentages, maar is niet effectief voor FLT3-TKD-mutaties, en kan resistent zijn tegen FLT3-TKD-mutaties als gevolg van secundaire FLT3-TKD-mutaties (e.g. D835 of F691L) tegen het ontwikkelen van resistentie. Deze remmers hebben aan bekendheid gewonnen in AML-therapieën op basis van aangetoonde klinische werkzaamheid en verbeterde therapeutische indices6. Het klinische gebruik van deze geneesmiddelen wordt echter uitgedaagd door verworven resistentie en off-target effecten. Langdurig gebruik van AC220 in de kliniek leidt tot resistentie als gevolg van FLT3-TKD-mutaties, terwijl langdurig gebruik van gilteritinib beperkingen kan hebben voor samengestelde mutaties (bijv. FLT3-ITD in combinatie met TKD), zelfs als het niet resulteert in resistentie als gevolg van FLT3-TKD-mutaties 7,8.
Deze twee klassen van FLT3-remmers oefenen een tweeledig therapeutisch effect uit door indirect replicatieve stress te induceren door remming van FLT3 en blokkade van de proliferatieve signaalroute-RAS-MAPK, PI3K-AKT-mTOR, STAT5-signalering. Blokkade van celproliferatie leidt meestal tot stopzetting van de celcyclus, metabole stoornissen (ontregeling van de redoxhomeostase) en uiteindelijk tot apoptose 9,10. Dit mechanisme genereert uiteindelijk DNA-laesies die compenserende DNA-herstelaanpassingen in resistente celpopulaties activeren. De komeettest maakt een kwantitatieve vergelijking mogelijk van remmerspecifieke DNA-schadeprofielen in FLT3-mutante cellen. Deze experimentele benadering biedt cruciale inzichten voor het ontwikkelen van rationele combinatietherapieën die gebruik maken van kwetsbaarheden voor DNA-schade, waardoor verworven therapeutische resistentie wordt overwonnen.
Hedendaagse methodologieën voor het opsporen van DNA-schade omvatten immunohistochemische analyse, agarosegelelektroforese van DNA-fragmenten, polymerasekettingreactie (PCR) en sequencing van de volgende generatie (NGS), die elk een hoge analytische gevoeligheid en specificiteit aantonen11. Deze benaderingen worden echter beperkt door aanzienlijke financiële vereisten, langere verwerkingstijden en strenge experimentele voorwaarden. Dit onderstreept de noodzaak van het toepassen van detectiestrategieën die analytische precisie in evenwicht brengen met operationele eenvoud.
De komeettest is op grote schaal gebruikt in de milieutoxicologie en genotoxiciteitsbeoordeling vanwege de superieure gevoeligheid, technische toegankelijkheid, gevisualiseerde kwantificering van DNA-schade en brede toepasbaarheid in biologische systemen12,13. Er zijn drie belangrijke methodologische varianten vastgesteld: alkalische komeettest voor de detectie van enkele/dubbelstrengsbreuk, neutrale komeettest voor analyse van dubbelstrengsbreuk en enzymgemodificeerde komeettest voor de identificatie van specifieke DNA-laesies. 14
Het methodologische principe omvat: (1) Inductie van DNA-strengbreuken door experimentele behandeling; (2) Lysisbuffer-gemedieerde oplossing van cellulaire en nucleaire membranen, waardoor cytoplasmatische/nucleaire eiwit- en RNA-diffusie in elektroforesebuffer mogelijk is, terwijl DNA met een hoog moleculair gewicht geïmmobiliseerd blijft in de agarosematrix; (3) Alkalische denaturatie (pH > 13) die het afwikkelen van DNA en het vrijkomen van beschadigde DNA-fragmenten induceert; (4) Elektroforetische veldgestuurde anodische migratie van gefragmenteerd DNA die karakteristieke komeetmorfologie creëert, waarbij intact DNA de bolvormige nucleoïde structuur behoudt 15,16. Kwantificering van DNA-schade wordt bereikt door geautomatiseerde analyse van het staart-DNA-percentage (TDP), waardoor een nauwkeurige meting van de genotoxische impact bij een resolutie van één cel wordt verkregen17.
Dit onderzoek maakte gebruik van een systematisch experimenteel kader om de differentiële genotoxische effecten van gilteritinib en AC220 in gevalideerde FLT3-mutante 32D-cellen te vergelijken. Het experimentele ontwerp bestond uit twee hoofdcomponenten: (i) het opzetten van een FLT3-mutatiespecifiek DNA-schademodel, en (ii) kwantitatieve beoordeling van door geneesmiddelen geïnduceerde DNA-schade door middel van alkalische komeettestmethodologie. De FLT3-mutante 32D-cellijn werd onderhouden onder standaard in vitro omstandigheden voorafgaand aan blootstelling aan serieel verdunde FLT3-remmers. De cellulaire levensvatbaarheid werd beoordeeld met behulp van CCK-8-assays, met daaropvolgende berekening van de halfmaximale remmende concentratie (IC50) door middel van niet-lineaire regressieanalyse. Een vijfvoudige IC50-waarde werd gekozen als inductiedrempel voor DNA-schade. Met geneesmiddelen behandelde cellen werden geoogst en ingebed in agarose met een laag smeltpunt op objectglaasjes voor latere analyse. Elektroforetische scheiding werd uitgevoerd bij 24 V (~0,74 V/cm) en 300 mA gedurende 30 minuten in alkalische buffer, waarbij gefragmenteerd DNA anodisch migreerde om karakteristieke komeetmorfologie te vormen, terwijl intact DNA de sferische nucleoïde configuratie behield. Kwantificering van DNA-schade werd bereikt door middel van een computerized image analysis comet assay software project (CASP) dat het staartmoment meet, waarbij verhoogde waarden voor het Olive-staartmoment direct correleren met de mate van DNA-fragmentatie.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. Constructie van een DNA schademodel in 32D cellen met FLT3-ITD mutaties 18
× 100%
× 100%2. Bereiding van reagens en voorbereiding van celmonsters
3. Procedure voor komeetbepaling
4. Gegevensverwerking
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De komeettest werd systematisch gebruikt om differentiële DNA-schadeprofielen te kwantificeren die werden geïnduceerd door gilteritinib en AC220 in FLT3-mutante cellijnen. Analyses toonden aan dat het verschil in DNA-schade tussen celpopulaties die niet behandeld waren met gilteritinib en AC220 niet statistisch significant was (P > 0,05). Dosisafhankelijke verhogingen van de waarden voor Tail DNA (%) en Olive Moment Tail (OMT) bereikten statistische significantie (P < 0,05) na blootstell...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De komeettest vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang in de beoordelingsmethoden voor genotoxiciteit. Deze techniek biedt duidelijke voordelen ten opzichte van conventionele benaderingen door de technische toegankelijkheid, de resolutie van één cel en de directe visualisatie van schadepatronen via elektroforetische migratieprofielen. Bij de therapeutische ontwikkeling van AML maakt de komeettest systematische evaluatie mogelijk van de genotoxische profielen van kandidaat-middelen t...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door het Jiangsu Higher Education Institution Innovative Research Team for Science and Technology (2021), het programma van het Jiangsu Vocational College Engineering Technology Research Center (2023), het Zhejiang Provincial Medical and Health Science and Technology Program (2025KY1861), de Natural Science Key Foundation van de Jiangsu Higher Education Institutions of China (subsidie nr. 24KJA310008), de programma's van het Suzhou Vocational Health College (subsidie nr. SZWZYTD202201, szwzy202406), en Project van State Key Laboratory of Radiation Medicine and Protection, Soochow University (GZK12023013).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 0.5 M EDTA | Beyotime | ST066 | |
| 1x YeaRed nucleic acid stain | Yeasen | 10202ES | |
| 32D CELL | Cobioer | CBP60995 | |
| AC220 | TargetMol | T2066 | |
| Cell Counting Kit-8 | Dojindo | CK04 | |
| Cell Counting Plate | QiuJing | XB-K-25 | |
| CO2 incubator | Thermo | 51032872 | |
| Comet assay software project (CASP) | |||
| CometAssay Kit | Trevigen | 4250-050-K | |
| Cytation 5 | BioTek | 16280004 | |
| FBS | PAN | ST30-3302 | |
| Gilteritinib | TargetMol | T4409 | |
| GraphPad Prism 9.0 | |||
| high-speed centrifuge | Thermo | 9AQ2861 | |
| L-1000XLS+ Pipettes | Rainin | 17014382 | |
| L-20XLS+ Pipettes | Rainin | 17014392 | |
| liquid nitrogen tank | Mvecryoge | YDS-175-216 | |
| Multiskan FC microplate photometer | Thermo | 1410101 | |
| Na2OH | DAMAO | 1588 | |
| PBS | Solarbio | P1020 | |
| Penicillin-Streptomycin Solution, 100x | Beyotime | C0222 | |
| RPMI 1640 medium | Gibco | C22400500BT | |
| Trinocular live cell microscope | Motic | 1.1001E+12 | |
| Ultra-low temperature freezer | Haire | V118574 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.