Este protocolo descreve um ensaio bioquímico de mudança de gel para medir a atividade de FEN1 (Flap Endonuclease 1) e o desenvolvimento de inibidores.
Artigo de método
* These authors contributed equally
Este protocolo descreve um ensaio bioquímico de mudança de gel para medir a atividade de FEN1 (Flap Endonuclease 1) e o desenvolvimento de inibidores.
FEN1 (Flap Endonuclease 1) é uma nuclease de DNA chave envolvida na replicação do DNA e reparo de danos, desempenhando um papel crucial na manutenção da estabilidade genômica. Níveis elevados de atividade do FEN1 estão intimamente associados ao desenvolvimento de vários tipos de câncer, tornando o FEN1 um biomarcador reconhecido e alvo de drogas para câncer de pulmão, mama e próstata. Os métodos convencionais de marcação de radioisótopos para detectar a atividade da nuclease FEN1 apresentam desafios em termos de conveniência e segurança. Neste estudo, um substrato de fragmento de DNA com estrutura de retalho foi sintetizado in vitro. Este substrato é marcado com um fluoróforo na extremidade 5' do retalho, permitindo que a nuclease FEN1 reconheça e clive especificamente o local designado. A atividade do FEN1 foi então determinada pela detecção do sinal do fluoróforo após eletroforese em gel. Este método permite a avaliação rápida e eficaz da atividade da nuclease FEN1 e a triagem de seus inibidores. Ele fornece uma abordagem sensível e específica para analisar a atividade do FEN1 e avaliar a eficácia de inibidores de moléculas pequenas. Além disso, contribui significativamente para a pesquisa sobre reparo de danos ao DNA e desenvolvimento do câncer, oferecendo uma nova estratégia para pesquisa clínica sobre mecanismos de doenças e detecção de substâncias genotóxicas.
A replicação do DNA nem sempre é perfeita e pode ser interrompida por fatores internos e externos. Consequentemente, os mecanismos de replicação do DNA e reparo de danos são vitais para a sobrevivência celular e a estabilidade do genoma. Nesse processo, a endonuclease específica da estrutura ramificada humana FEN1 (Flap Endonuclease 1), uma nuclease central do DNA, desempenha um papel crucial 1,2,3.
O FEN1 está envolvido principalmente na replicação do DNA e é indispensável para a maturação de fragmentos de Okazaki na fita atrasada 4,5. Isso garante a progressão eficiente da replicação do DNA e o reparo preciso do DNA danificado. No entanto, aumentos anormais nos níveis de FEN1 têm sido intimamente ligados ao desenvolvimento de vários tipos de câncer 6,7, como câncer de pulmão e mama7. Assim, o FEN1 não é apenas essencial para a replicação e reparo do DNA, mas também atraiu atenção significativa como um biomarcador para o diagnóstico de câncer e um potencial alvo terapêutico 8,9. A detecção da atividade do FEN1 é essencial para o diagnóstico precoce de cânceres e para o avanço da pesquisa sobre terapias direcionadas.
Dada a importância do FEN1 e a necessidade de estudar sua atividade para o diagnóstico precoce do câncer e o desenvolvimento de terapias direcionadas, o objetivo principal do método desenvolvido neste experimento foi medir com precisão e eficiência a atividade da nuclease do FEN1. Este método visa fornecer uma plataforma confiável para a triagem de inibidores de moléculas pequenas direcionados ao FEN1. Ao atingir esses objetivos, o estudo busca contribuir para uma melhor compreensão do papel da FEN1 no câncer e facilitar a descoberta de novas estratégias terapêuticas.
Existem inúmeras técnicas para detectar a atividade da nuclease FEN1, cada uma com características, princípios, vantagens, limitações e cenários aplicáveis distintos. Por exemplo, os métodos de eletroforese em gel e separação de substrato baseados em HPLC fornecem resultados intuitivos, mas envolvem procedimentos complicados e baixo rendimento10,11. Os ensaios de polarização de fluorescência (FP) enfrentam desafios na avaliação da atividade do FEN1 devido à interferência da autofluorescência composta ou espalhamento de luz, que afeta os sinais de FP. Embora as estratégias de contra-triagem possam excluir parcialmente falsos positivos, aproximadamente 15% dos compostos ativos primários ainda são identificados erroneamente devido à interferência técnica12. O uso combinado de pares doadores/atenuadores de fluorescência (por exemplo, TAMRA/BHQ-2) e quimioluminescência AlphaScreen apresenta desvantagens, como o alto custo de síntese de substratos fluorescentes complexos de aba tripla, limitando particularmente sua utilidade na triagem em larga escala. Além disso, a estrutura de aba dupla dos substratos pode impedir a ligação ideal com FEN1, reduzindo a eficiência da clivagem enzimática e comprometendo a sensibilidade de detecção. Além disso, essa abordagem depende fortemente de instrumentos especializados (por exemplo, ViewLux, EnVision), restringindo sua adoção em laboratórios com recursos limitados 13,14,15. Métodos de detecção fluorescente baseados em nanossondas de DNA em forma de haltere de aba dupla funcionalizadas com nanoclusters de prata (DNA-AgNCs) sofrem variabilidade de lote para lote devido à sua dependência de etapas precisas de recozimento e nucleação in situ, dificultando a reprodutibilidade e escalabilidade. Custos elevados e procedimentos morosos limitam ainda mais a sua aplicação prática16.
Neste artigo, um ensaio baseado em marcação de fluorescência é desenvolvido para abordar as limitações técnicas atuais e atender à crescente demanda por métodos mais seguros e acessíveis ao usuário para estudar a atividade do FEN1. Essa técnica aproveita a especificidade e a alta sensibilidade da detecção de fluorescência, bem como a capacidade de projetar substratos de DNA com estruturas definidas que podem ser reconhecidas e clivadas por FEN1 (Figura 1). Este método agiliza os procedimentos experimentais, mantendo alta precisão na avaliação da atividade da nuclease FEN1. Comparado com a eletroforese em gel tradicional e as técnicas baseadas em HPLC, oferece operação simplificada e retorno mais rápido. Ao contrário dos ensaios de polarização de fluorescência, essa abordagem permite uma triagem qualitativa rápida de compostos, estabelecendo uma estratégia eficiente para avaliação enzimática preliminar.
Este método é adequado para estudar a atividade da nuclease FEN1 em ambientes de laboratório onde o acesso a materiais radioativos é limitado. Também é adequado para rastrear um grande número de inibidores de moléculas pequenas em um tempo relativamente curto, especialmente quando alta sensibilidade e especificidade são necessárias. No entanto, não é ideal para estudos que requerem quantificação absoluta com altíssima precisão ou para laboratórios que não possuem equipamentos básicos de detecção de fluorescência e experiência em análise de sinais de fluorescência. Para estudos com foco em aplicações in vivo - onde o comportamento do FEN1 pode ser influenciado por fatores biológicos complexos não replicados nos projetos atuais de ensaios in vitro - pode ser necessário um refinamento adicional ou métodos alternativos.
Este ensaio de fluorescência é altamente sensível e específico, fornecendo uma ferramenta segura, conveniente e eficaz para estudar a atividade do FEN1 e desenvolver seus inibidores.
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Os reagentes e os equipamentos utilizados neste estudo estão listados na Tabela de Materiais.
1. Purificação da expressão da proteína FEN1
2. Preparação do substrato de DNA marcado com FEN1 TAMRA
3. Ensaio de atividade de nuclease FEN1
4. Triagem de inibidores de pequenas moléculas da nuclease FEN1
5. Avaliação da potência inibitória do inibidor de FEN1 - IN-4 de pequenas moléculas
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Conforme mostrado na Figura 2A, o reagente de coloração se liga à proteína, fazendo com que a proteína apareça como uma faixa azul no gel. A primeira faixa contém a proteína marcada usada como referência de peso molecular, na qual a banda de proteína padrão BSA corresponde a um peso molecular de 70 kDa, e a banda de proteína de ácido nucleico FEN1 corresponde a um peso molecular de 45 kDa. Os resultados experimentais mostraram que a nuclease FEN1 apareceu como uma banda clara em aproximadame...
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O ensaio de atividade da nuclease FEN1 e a triagem de inibidores de pequenas moléculas são fundamentais para a pesquisa sobre reparo de danos ao DNA e desenvolvimento de câncer. Em comparação com as técnicas tradicionais de radiomarcação, o presente método oferece uma alternativa econômica, eficiente, fácil de operar e mais segura. Além disso, ao contrário dos ensaios FEN1 baseados em explosão de fluorescência, essa abordagem fornece uma visualização mais intuitiva da clivagem do substra...
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Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
Este trabalho foi apoiado pela Equipe de Pesquisa Inovadora para Ciência e Tecnologia da Instituição de Ensino Superior de Jiangsu (2021), Programa do Centro de Pesquisa de Tecnologia de Engenharia da Faculdade Vocacional de Jiangsu (2023), Programa de Tecnologia-Chave dos Projetos de Tecnologia de Subsistência do Povo de Suzhou (SYWD2024099), Projeto do Laboratório Estadual de Medicina e Proteção contra Radiação, Universidade de Soochow (GZK12023013), Programas da Faculdade de Saúde Vocacional de Suzhou (SZWZYTD202201, SZWZYTD202205) e Projeto Qing-Lan da província de Jiangsu na China (2021, 2022).
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 1 M Tris-HCL | Beyotime | ST774 | |
| 30% Acr-Bis (29:1) | Beyotime | ST003-500ml | |
| 5M Nacl | Beyotime | ST347 | |
| BeyoBlue Plus | Beyotime | Pág. 0003S | |
| BL21 (DE3) -FEN1 | Vazyme | C504-F1 | |
| BSA | Beyotime | Pág. P0007 | |
| Descolorando shaker | Kylin-Bell | TS-100 | |
| DL-Ditiotreitol | Beyotime | ST041 | |
| Incubadora de banho seco | RUICHENG | DH200 | |
| Aparelho de eletroforese | Bei jing Liuyi Biotecnologia | DDY-6D | |
| FEN1-EM-4 | AlvoMOL | T8545 | |
| IPTG | Takaba | 9030 | |
| Slufate de canamicina | Biosharp | BS152 | |
| Centrífuga de laboratório | Thermo | SL 16R | |
| Caldo LB | Solarbio | L8291 | |
| Ni-NTA Sua Resina de Ligação | 7se biotecnologia | PANF001-001C | |
| Odisseia FC | ODISSÉIA | LI-COR | |
| PÁGINA SDS | Beyotime | Pág. 0015L | |
| Trição-x-100 | Shyuanye | S15022 |
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