Protokół ten opisuje test biochemiczny przesunięcia żelu do pomiaru aktywności FEN1 (endonukleazy płatowej 1) i rozwoju inhibitora.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Protokół ten opisuje test biochemiczny przesunięcia żelu do pomiaru aktywności FEN1 (endonukleazy płatowej 1) i rozwoju inhibitora.
FEN1 (Flap Endonuclease 1) jest kluczową nukleazą DNA biorącą udział w replikacji DNA i naprawie uszkodzeń, odgrywającą kluczową rolę w utrzymaniu stabilności genomu. Podwyższony poziom aktywności FEN1 jest ściśle związany z rozwojem różnych nowotworów, co sprawia, że FEN1 jest uznanym biomarkerem i celem leków w przypadku raka płuc, piersi i prostaty. Konwencjonalne metody znakowania radioizotopów do wykrywania aktywności nukleazy FEN1 stanowią wyzwanie pod względem wygody i bezpieczeństwa. W tym badaniu zsyntetyzowano substrat fragmentu DNA o strukturze płatowej in vitro. Substrat ten jest znakowany fluoroforem na końcu klapy 5', co pozwala nukleazie FEN1 specyficznie rozpoznać i rozszczepić wyznaczone miejsce. Aktywność FEN1 określono następnie poprzez wykrycie sygnału fluoroforowego po elektroforezie żelowej. Metoda ta umożliwia szybką i skuteczną ocenę aktywności nukleazy FEN1 oraz badania przesiewowe jej inhibitorów. Zapewnia czułe i specyficzne podejście do analizy aktywności FEN1 i oceny skuteczności inhibitorów małocząsteczkowych. Ponadto w znacznym stopniu przyczynia się do badań nad naprawą uszkodzeń DNA i rozwojem nowotworów, oferując nowatorską strategię badań klinicznych nad mechanizmami choroby i wykrywaniem substancji genotoksycznych.
Replikacja DNA nie zawsze jest bezbłędna i może zostać zakłócona zarówno przez czynniki wewnętrzne, jak i zewnętrzne. W związku z tym mechanizmy replikacji DNA i naprawy uszkodzeń mają kluczowe znaczenie dla przetrwania komórek i stabilności genomu. W tym procesie kluczową rolę odgrywa ludzka endonukleaza specyficzna dla struktury rozgałęzionej FEN1 (endonukleaza klapowa 1), nukleaza rdzenia DNA 1,2,3.
FEN1 bierze przede wszystkim udział w replikacji DNA i jest niezbędny do dojrzewania fragmentów Okazaki na opóźnionej nici 4,5. Zapewnia to efektywną progresję replikacji DNA i dokładną naprawę uszkodzonego DNA. Jednak nieprawidłowy wzrost poziomu FEN1 jest ściśle związany z rozwojem różnych nowotworów 6,7, takich jak rak płuc i piersi7. W związku z tym FEN1 jest nie tylko niezbędny do replikacji i naprawy DNA, ale przyciągnął również znaczną uwagę jako biomarker do diagnozowania raka i potencjalny cel terapeutyczny 8,9. Wykrywanie aktywności FEN1 ma zasadnicze znaczenie dla wczesnej diagnostyki nowotworów i postępu w badaniach nad terapiami celowanymi.
Biorąc pod uwagę znaczenie FEN1 i potrzebę zbadania jego aktywności we wczesnej diagnostyce raka i rozwoju terapii celowanej, głównym celem metody opracowanej w tym eksperymencie był dokładny i skuteczny pomiar aktywności nukleazy FEN1. Metoda ta ma na celu zapewnienie niezawodnej platformy do badań przesiewowych inhibitorów małocząsteczkowych ukierunkowanych na FEN1. Osiągając te cele, badanie ma na celu przyczynienie się do lepszego zrozumienia roli FEN1 w leczeniu nowotworów oraz ułatwienie odkrycia nowych strategii terapeutycznych.
Istnieje wiele technik wykrywania aktywności nukleazy FEN1, z których każda ma odrębne cechy, zasady, zalety, ograniczenia i możliwe do zastosowania scenariusze. Na przykład elektroforeza żelowa i metody rozdzielania substratów oparte na HPLC zapewniają intuicyjne wyniki, ale wiążą się z kłopotliwymi procedurami i niską przepustowością10,11. Testy polaryzacji fluorescencyjnej (FP) napotykają wyzwania w ocenie aktywności FEN1 z powodu interferencji autofluorescencji związków lub rozpraszania światła, które wpływają na sygnały FP. Chociaż strategie kontrbadań przesiewowych mogą częściowo wykluczyć wyniki fałszywie dodatnie, około 15% głównych związków aktywnych jest nadal błędnie identyfikowanych z powodu zakłóceń technicznych12. Łączne zastosowanie par donor/wygaszacz fluorescencji (np. TAMRA/BHQ-2) i chemiluminescencji AlphaScreen ma wady, takie jak wysoki koszt syntezy złożonych substratów fluorescencyjnych z potrójną klapą, co szczególnie ogranicza ich użyteczność w badaniach przesiewowych na dużą skalę. Co więcej, dwupłatkowa struktura substratów może utrudniać optymalne wiązanie z FEN1, zmniejszając wydajność rozszczepienia enzymatycznego i pogarszając czułość wykrywania. Ponadto podejście to w dużym stopniu opiera się na specjalistycznych instrumentach (np. ViewLux, EnVision), co ogranicza jego zastosowanie w laboratoriach o ograniczonych zasobach 13,14,15. Metody detekcji fluorescencyjnej oparte na dwuklapowych nanosondach DNA w kształcie hantli funkcjonalizowanych nanoklastrami srebra (DNA-AgNCs) cierpią z powodu zmienności między partiami ze względu na ich zależność od precyzyjnych etapów wyżarzania i zarodkowania in situ, co utrudnia odtwarzalność i skalowalność. Wysokie koszty i długotrwałe procedury dodatkowo ograniczają ich praktyczne zastosowanie16.
W tym artykule opracowano test oparty na znakowaniu fluorescencyjnym w celu rozwiązania obecnych ograniczeń technicznych i zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na bezpieczniejsze, dostępne dla użytkownika metody badania aktywności FEN1. Technika ta wykorzystuje specyficzność i wysoką czułość detekcji fluorescencji, a także zdolność do inżynierii substratów DNA o określonych strukturach, które mogą być rozpoznane i rozszczepione przez FEN1 (Figura 1). Metoda ta usprawnia procedury eksperymentalne przy zachowaniu wysokiej dokładności oceny aktywności nukleazy FEN1. W porównaniu z tradycyjną elektroforezą żelową i technikami opartymi na HPLC oferuje uproszczoną obsługę i szybszą realizację. W przeciwieństwie do testów polaryzacji fluorescencyjnej, podejście to umożliwia szybkie jakościowe badania przesiewowe związków, ustanawiając skuteczną strategię wstępnej oceny enzymatycznej.
Metoda ta nadaje się do badania aktywności nukleazy FEN1 w warunkach laboratoryjnych, w których dostęp do materiałów promieniotwórczych jest ograniczony. Doskonale nadaje się również do badań przesiewowych dużej liczby małocząsteczkowych inhibitorów w stosunkowo krótkim czasie, zwłaszcza gdy wymagana jest wysoka czułość i swoistość. Nie jest to jednak idealne rozwiązanie dla badań wymagających bezwzględnej kwantyfikacji z bardzo dużą precyzją lub dla laboratoriów pozbawionych podstawowego sprzętu do wykrywania fluorescencji i wiedzy specjalistycznej w zakresie analizy sygnałów fluorescencyjnych. W przypadku badań koncentrujących się na zastosowaniach in vivo , w których na zachowanie FEN1 mogą wpływać złożone czynniki biologiczne, które nie są replikowane w obecnych projektach testów in vitro , konieczne może być dalsze udoskonalenie lub metody alternatywne.
Ten test fluorescencyjny jest bardzo czuły i specyficzny, zapewniając bezpieczne, wygodne i skuteczne narzędzie do badania aktywności FEN1 i opracowywania jego inhibitorów.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Odczynniki i sprzęt używany w tym badaniu są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Oczyszczanie ekspresji białka FEN1
2. Przygotowanie substratu DNA znakowanego FEN1 TAMRA
3. Test aktywności nukleazy FEN1
4. Badania przesiewowe małocząsteczkowych inhibitorów nukleazy FEN1
5. Ocena siły hamującej małocząsteczkowego inhibitora FEN1--IN-4
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Jak pokazano na rysunku 2A, odczynnik barwiący wiąże się z białkiem, powodując, że białko pojawia się jako niebieski pasek na żelu. Pierwszy pas zawiera znakowane białko używane jako odniesienie masy cząsteczkowej, w którym standardowe pasmo białkowe BSA odpowiada masie cząsteczkowej 70 kDa, a pasmo białka kwasu nukleinowego FEN1 odpowiada masie cząsteczkowej 45 kDa. Wyniki eksperymentalne wykazały, że nukleaza FEN1 pojawiła się jako przezroczyste prążki o ciśnieniu około 45 kDa, co wskazuje...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Test aktywności nukleazy FEN1 i badania przesiewowe inhibitorów małych cząsteczek mają kluczowe znaczenie dla badań nad naprawą uszkodzeń DNA i rozwojem raka. W porównaniu z tradycyjnymi technikami znakowania radioaktywnego, obecna metoda stanowi opłacalną, wydajną, łatwą w obsłudze i bezpieczniejszą alternatywę. Dodatkowo, w przeciwieństwie do testów FEN1 opartych na wybuchach fluorescencji, podejście to zapewnia bardziej intuicyjną wizualizację rozszczepienia substratu, umożliwiając w ten sposób dokładniejszą ocenę akt...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
Prace te były wspierane przez Innowacyjny Zespół Badawczy ds. Nauki i Technologii Instytucji Szkolnictwa Wyższego Jiangsu (2021), Program Centrum Badań Technologii Inżynieryjnych Jiangsu Vocational College (2023), Kluczowy Program Technologiczny Projektów Technologicznych Ludności Suzhou (SYWD2024099), Projekt Państwowego Kluczowego Laboratorium Medycyny Radiacyjnej i Ochrony, Uniwersytet Soochow (GZK12023013), Programy Wyższej Szkoły Zdrowia Zawodowego w Suzhou (SZWZYTD202201, SZWZYTD202205) oraz projekt Qing-Lan w prowincji Jiangsu w Chinach (2021, 2022).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1 M Tris-HCL | Beyotime | Zobacz materiał ST774 | |
| 30% Acr-Bis (29:1) | Beyotime | ST003-500ml | |
| 5M Nacl | Beyotime | Zobacz materiał ST347 | |
| BeyoBlue Plus | Beyotime | P0003S | |
| BL21(DE3)-FEN1 | Wazyme | Zobacz materiał C504-F1 | |
| BSA | Beyotime | Zobacz materiał P0007 | |
| Wytrząsarka odbarwiająca | Kylin-Bell powiedział: | TS-100 | |
| DL-ditiotreitol | Beyotime | Zobacz materiał ST041 | |
| Inkubator do suchej kąpieli | RUICHENG powiedział: | DH200 powiedział: | |
| Aparatura do elektroforezy | Biotechnologia Bei Jing Liuyi | DDY-6D | |
| FEN1-W-4 | CelMOL | Zobacz materiał T8545 TGL | |
| Protokół IPTG | Takaba Takaba | 9030 | |
| Kanamycyna Slufate | Ostrze biologiczne | Zobacz materiał BS152 | |
| Wirówka laboratoryjna | Thermo | Zobacz materiał SL 16R | |
| Rosół LB | Solarbio (Słoneczna Biologia) | L8291 | |
| Żywica Ni-NTA His Bind | 7SE Biotechnologia | PANF001-001C | |
| Odyseja FC | ODYSEJA | Akumulator litowo-prądowy (LI-KOR) | |
| STRONA SDS | Beyotime | Zobacz materiał P0015L | |
| Wyczerpanie-x-100 | Dzielnica Shyuanye | Zobacz materiał S15022 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie