Этот протокол описывает биохимический анализ гелеобразного сдвига для измерения активности FEN1 (Flap Endonuclease 1) и выработки ингибитора.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Этот протокол описывает биохимический анализ гелеобразного сдвига для измерения активности FEN1 (Flap Endonuclease 1) и выработки ингибитора.
FEN1 (Flap Endonuclease 1) является ключевой ДНК-нуклеазой, участвующей в репликации ДНК и восстановлении повреждений, играя решающую роль в поддержании стабильности генома. Повышенный уровень активности FEN1 тесно связан с развитием различных видов рака, что делает FEN1 признанным биомаркером и мишенью для лечения рака легких, молочной железы и предстательной железы. Традиционные методы радиоизотопного мечения для определения активности нуклеазы FEN1 представляют собой проблемы с точки зрения удобства и безопасности. В данном исследовании субстрат фрагмента ДНК с лоскутной структурой был синтезирован in vitro. Этот субстрат помечен флуорофором на 5'-конце лоскута, что позволяет нуклеазе FEN1 специфически распознавать и расщеплять обозначенный участок. Затем активность FEN1 определяли путем детектирования сигнала флуорофора после гель-электрофореза. Этот метод позволяет быстро и эффективно оценить активность нуклеазы FEN1 и провести скрининг ее ингибиторов. Он обеспечивает чувствительный и специфический подход к анализу активности FEN1 и оценке эффективности низкомолекулярных ингибиторов. Кроме того, он вносит значительный вклад в исследования по восстановлению повреждений ДНК и развитию рака, предлагая новую стратегию для клинических исследований механизмов заболеваний и обнаружения генотоксических веществ.
Репликация ДНК не всегда безупречна и может быть нарушена как внутренними, так и внешними факторами. Следовательно, механизмы репликации ДНК и восстановления повреждений жизненно важны для выживания клеток и стабильности генома. В этом процессеважную роль играет специфичная для разветвления структуры человека эндонуклеаза FEN1 (Flap Endonuclease 1), являющаяся ядром ДНК 1,2,3.
FEN1 в первую очередь участвует в репликации ДНК и незаменим для созревания фрагментов Оказаки на отстающей цепи 4,5. Это обеспечивает эффективное развитие репликации ДНК и точное восстановление поврежденной ДНК. Тем не менее, аномальное повышение уровня FEN1 было тесно связано с развитием различных видов рака, таких как рак легких и молочной железы7. Таким образом, FEN1 не только необходим для репликации и восстановления ДНК, но и привлек значительное внимание в качестве биомаркера для диагностики рака и потенциальной терапевтической мишени 8,9. Обнаружение активности FEN1 имеет важное значение для ранней диагностики рака и для продвижения исследований в области таргетной терапии.
Учитывая важность FEN1 и необходимость изучения его активности для ранней диагностики рака и разработки таргетной терапии, основной целью метода, разработанного в этом эксперименте, было точное и эффективное измерение активности нуклеазы FEN1. Этот метод направлен на обеспечение надежной платформы для скрининга низкомолекулярных ингибиторов, нацеленных на FEN1. Достигая этих целей, исследование направлено на то, чтобы способствовать лучшему пониманию роли FEN1 в развитии рака и способствовать открытию новых терапевтических стратегий.
Существует множество методов обнаружения активности нуклеазы FEN1, каждый из которых имеет свои отличительные характеристики, принципы, преимущества, ограничения и применимые сценарии. Например, гель-электрофорез и методы разделения субстрата на основе ВЭЖХ обеспечивают интуитивно понятные результаты, но включают в себя громоздкие процедуры и низкую производительность10,11. Анализы флуоресцентной поляризации (FP) сталкиваются с трудностями при оценке активности FEN1 из-за интерференции от составной автофлуоресценции или рассеяния света, которые влияют на сигналы FP. Несмотря на то, что стратегии контрскрининга могут частично исключить ложноположительные результаты, примерно 15% первичных активных соединений все еще неправильно идентифицируются из-за технических помех12. Совместное использование флуоресцентных пар донор/гаситель (например, TAMRA/BHQ-2) и хемилюминесценции AlphaScreen имеет недостатки, такие как высокая стоимость синтеза сложных флуоресцентных субстратов с тройным лоскутом, что особенно ограничивает их полезность при крупномасштабном скрининге. Кроме того, двухлоскутная структура субстратов может препятствовать оптимальному связыванию с FEN1, снижая эффективность ферментативного расщепления и снижая чувствительность детектирования. Кроме того, этот подход в значительной степени опирается на специализированные приборы (например, ViewLux, EnVision), что ограничивает его применение в лабораториях с ограниченными ресурсами 13,14,15. Флуоресцентные методы детектирования, основанные на двухлоскутных гантелевидных нанозондах, функционализированных нанокластерами серебра (DNA-AgNCs), страдают от вариабельности от партии к партии из-за их зависимости от точного отжига и стадий зарождения in situ, что препятствует воспроизводимости и масштабируемости. Высокая стоимость и длительные процедуры еще больше ограничивают их практическое применение16.
В этой статье анализ, основанный на флуоресцентном мечении, разработан для устранения текущих технических ограничений и удовлетворения растущего спроса на более безопасные и доступные для пользователя методы изучения активности FEN1. Этот метод использует преимущества специфичности и высокой чувствительности флуоресцентного детектирования, а также возможности создания субстратов ДНК с определенными структурами, которые могут быть распознаны и расщеплены с помощью FEN1 (рис. 1). Этот метод оптимизирует экспериментальные процедуры, сохраняя при этом высокую точность оценки активности нуклеазы FEN1. По сравнению с традиционным гель-электрофорезом и методами на основе ВЭЖХ, он обеспечивает упрощенную работу и более быстрый оборот. В отличие от флуоресцентного поляризационного анализа, этот подход позволяет проводить быстрый качественный скрининг соединений, создавая эффективную стратегию для предварительной ферментативной оценки.
Этот метод подходит для изучения активности нуклеазы FEN1 в лабораторных условиях, где доступ к радиоактивным материалам ограничен. Он также хорошо подходит для скрининга большого количества низкомолекулярных ингибиторов за относительно короткое время, особенно когда требуется высокая чувствительность и специфичность. Тем не менее, он не идеален для исследований, требующих абсолютной количественной оценки с очень высокой точностью, или для лабораторий, в которых отсутствует базовое оборудование для детектирования флуоресценции и опыт в анализе флуоресцентных сигналов. Для исследований, посвященных приложениям in vivo , где на поведение FEN1 могут влиять сложные биологические факторы, не воспроизводимые в современных дизайнах анализов in vitro , может потребоваться дальнейшее уточнение или альтернативные методы.
Этот флуоресцентный анализ является высокочувствительным и специфичным, обеспечивая безопасный, удобный и эффективный инструмент для изучения активности FEN1 и разработки его ингибиторов.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Реагенты и оборудование, использованные в данном исследовании, перечислены в Таблице материалов.
1. Очистка экспрессии белка FEN1
2. Препарат ДНК-меченого субстрата FEN1 TAMRA
3. Анализ активности нуклеазы FEN1
4. Скрининг низкомолекулярных ингибиторов нуклеазы FEN1
5. Оценка ингибирующей активности низкомолекулярного ингибитора FEN1--IN-4
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Как показано на рисунке 2A, окрашивающий реагент связывается с белком, в результате чего белок появляется в виде синей полосы на геле. Первая полоса содержит меченый белок, используемый в качестве эталона молекулярной массы, в котором стандартная полоса белка BSA соответствует молекулярной массе 70 кДа, а полоса белка нуклеиновой кислоты FEN1 соответствует молекулярной массе 45 кДа. Результаты эксперимента показали, что нуклеаза FEN1 выглядела в виде прозрачной полосы примерно при 45 кДа, чт...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Анализ активности нуклеазы FEN1 и скрининг низкомолекулярных ингибиторов занимают центральное место в исследованиях восстановления повреждений ДНК и развития рака. По сравнению с традиционными методами радиоактивного мечения, данный метод представляет собой экономичную, эффективную, простую в эксплуатации и безопасную альтернативу. Кроме того, в отличие от флуоресцентных взрывных анализов FEN1, этот подход обеспечивает более интуитивную визуализацию расщепления субстрата, тем самым позво...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Эта работа была поддержана Инновационной исследовательской группой по науке и технологиям Высшего учебного заведения Цзянсу (2021 г.), Программой Исследовательского центра инженерных технологий Профессионального колледжа Цзянсу (2023 г.), Ключевой технологической программой технологических проектов по обеспечению средств к существованию народа Сучжоу (SYWD2024099), Проектом Государственной ключевой лаборатории радиационной медицины и защиты Университета Сучжоу (GZK12023013), Программами Профессионального медицинского колледжа Сучжоу (SZWZYTD202201, SZWZYTD202205) и проект Цин-Лань провинции Цзянсу в Китае (2021, 2022).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 1 м Tris-HCL | Бейотим | СТ774 | |
| 30% Acr-Bis (29:1) | Бейотим | ST003-500мл | |
| 5М Nacl | Бейотим | СТ347 | |
| BeyoBlue Plus | Бейотим | P0003S | |
| БЛ21(ДЭ3)-ФЕН1 | Вазиме | С504-Ф1 | |
| БСА | Бейотим | П0007 | |
| Шейкер для обесцвечивания | Килин-Белл | ТС-100 | |
| DL-дитиотреитол | Бейотим | СТ041 | |
| Инкубатор для сухой ванны | ЖУЙЧЭН | DH200 | |
| Аппарат для электрофореза | Бэй цзин Люи Биотехнологии | ДДИ-6Д | |
| ФЕН1-В-4 | ТаргетМОЛ | Т8545 | |
| ИПТГ | Такаба | 9030 | |
| Канамицин Слуфат | Биошарп | БС152 | |
| Лабораторная центрифуга | Термо | СЛ 16Р | |
| LB Бульон | Соларбио | Л8291 | |
| Ni-NTA His Bind Смола | 7se биотех | PANF001-001С | |
| ФК «Одиссей» | ОДИССЕЯ | ЛИТИЙ-КОР | |
| SDS-СТРАНИЦА | Бейотим | П0015Л | |
| Триион-х-100 | Сюанье | С15022 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение