В этом протоколе описан эффективный метод количественной оценки разницы в повреждениях ДНК, вызванных ингибиторами I и II типов в мутантных клетках FLT3 с помощью кометного анализа.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В этом протоколе описан эффективный метод количественной оценки разницы в повреждениях ДНК, вызванных ингибиторами I и II типов в мутантных клетках FLT3 с помощью кометного анализа.
FMS-подобная тирозинкиназа 3 (FLT3), рецепторная тирозинкиназа класса III, демонстрирует частоту мутаций около 30% у пациентов с острым миелоидным лейкозом (ОМЛ) и представляет собой важнейшую терапевтическую мишень. В качестве репрезентативных ингибиторов FLT3 типа I и II типа, соответственно, гилтеритиниб и квизартиниб (AC220) клинически используются в лечении ОМЛ с мутантным FLT3.
Гилтеритиниб ингибирует как активированные, так и инактивированные белки FLT3, с дополнительным ингибированием мишеней AXL, чтобы помочь преодолеть резистентность. AC220 ингибирует активированный FLT3. Анализ комет систематически использовался для количественной оценки и сравнения моделей повреждения ДНК, индуцированных ингибиторами FLT3 типа I и типа II в мутантных клетках. Экспериментальные результаты показали, что повреждение ДНК, вызванное AC220, было значительно выше, чем у гилтеритиниба. При сильном повреждении ДНК ингибиторы FLT3 можно комбинировать с ингибиторами восстановления повреждений ДНК для устранения дефектов репарации ДНК. Полученные результаты обеспечивают экспериментальное подтверждение рациональной комбинированной стратегии препаратов, нацеленных на повреждение ДНК.
Острый миелоидный лейкоз (ОМЛ) представляет собой клональное заболевание гемопоэтических стволовых клеток, характеризующееся патологическим распространением недифференцированных миелоидных предшественников, приводящим к подавлению кроветворения и недостаточности костного мозга. Присущая ОМЛ молекулярная гетерогенность создает значительные терапевтические проблемы1. Особое клиническое значение имеют мутации FMS-подобной тирозинкиназы 3 (FLT3) представляют собой одну из наиболее распространенных генетических изменений при ОМЛ, встречающуюся примерно в 30% случаев, и демонстрируют сильную корреляцию с неблагоприятными клиническимиисходами. Тирозинкиназа рецептора FLT3 активируется на плазматической мембране, опосредуя сигнальные каскады PI3K/AKT и RAS/MAPK, в то время как мутантный вариант FLT3-ITD сохраняется в эндоплазматическом ретикулуме, индуцируя персистирующее фосфорилирование сигнального преобразователя и активатора транскрипции 5 (STAT5). Эти генетические изменения управляют лейкемогенезом через множественные онкогенные механизмы, главным образом через нарушение регуляции передачи сигнала, неконтролируемую пролиферативную передачу сигналови апоптотическую резистентность.
AC220 и гилтеритиниб, как типичные ингибиторы FLT3, ингибируют пролиферацию клеток и индуцируют апоптоз за счет подавления экспрессии FLT3, но с разными механизмами действия. Гилтеритиниб (ингибитор I типа) не только охватывает более широкий спектр мутаций, активирующих FLT3, но и ингибирует тирозинкиназу AXL, которая тесно связана с FLT3. Благодаря двойному ингибированию гилтеритиниб может более полно блокировать рост раковых клеток4. AC220 (ингибитор II типа) оказывает ингибирующее действие посредством конкурентного связывания с активированной конформацией киназы, специфически нацеливаясь на АТФ-связывающий карман с высокой специфичностью. Это ингибирование может привести к остановке клеточного цикла и усилению стресса репликации ДНК.
Гилтеритиниб связан с низким риском развития резистентности и показан для монотерапии при рецидивирующем/рефрактерном FLT3-мутантном ОМЛ. AC220 эффективен и селективен в отношении мутаций FLT3-ITD с хорошими показателями клинического ответа, но неэффективен в отношении мутаций FLT3-TKD и может быть устойчив к мутациям FLT3-TKD из-за вторичных мутаций FLT3-TKD (например, D835 или F691L) к развивающейся резистентности. Эти ингибиторы получили известное место в терапии ОМЛ на основании продемонстрированной клинической эффективности и улучшенных терапевтических показателей6. Тем не менее, клиническое применение этих препаратов осложняется приобретенной резистентностью и нецелевыми эффектами. Длительное применение AC220 в клинике приводит к резистентности из-за мутаций FLT3-TKD, в то время как длительное применение гилтеритиниба может иметь ограничения по сложным мутациям (например, FLT3-ITD в сочетании с TKD), даже если оно не приводит к резистентности из-за мутаций FLT3-TKD 7,8.
Эти два класса ингибиторов FLT3 оказывают двойное терапевтическое действие, косвенно индуцируя репликативный стресс через ингибирование FLT3 и блокаду пролиферативного сигнального пути - RAS-MAPK, PI3K-AKT-mTOR, STAT5 signaling. Блокада пролиферации клеток обычно приводит к остановке клеточного цикла, метаболическим нарушениям (нарушение регуляции окислительно-восстановительного гомеостаза) и, в конечном счете, к апоптозу 9,10. Этот механизм в конечном итоге генерирует повреждения ДНК, которые активируют компенсаторные адаптации репарации ДНК в резистентных клеточных популяциях. Кометный анализ позволяет количественно сравнивать специфичные для ингибитора профили повреждения ДНК в FLT3-мутантных клетках. Этот экспериментальный подход дает критически важные идеи для разработки рациональных комбинированных терапий, которые используют уязвимости к повреждениям ДНК, тем самым преодолевая приобретенную терапевтическую резистентность.
Современные методологии выявления повреждений ДНК включают иммуногистохимический анализ, электрофорез фрагментов ДНК в агарозном геле, полимеразную цепную реакцию (ПЦР) и секвенирование нового поколения (NGS), каждая из которых демонстрирует высокую аналитическую чувствительность и специфичность11. Однако эти подходы ограничены значительными финансовыми требованиями, длительной продолжительностью обработки и жесткими экспериментальными условиями. Это подчеркивает необходимость принятия стратегий обнаружения, которые сочетают аналитическую точность с простотой эксплуатации.
Анализ комет широко используется в экологической токсикологии и оценке генотоксичности благодаря его превосходной чувствительности, технической доступности, количественной оценке визуализированных повреждений ДНК и широкой применимости в биологических системах12,13. Были разработаны три основных методологических варианта: щелочной анализ комет для обнаружения одноцепочечного/двухцепочечного разрыва, анализ нейтральной кометы для анализа двухцепочечного разрыва и ферментно-модифицированный анализ комет для идентификации специфических повреждений ДНК. 14
Методологический принцип включает в себя: (1) индукцию разрыва нити ДНК посредством экспериментального лечения; (2) Опосредованное лизисом буферное растворение клеточных и ядерных мембран, позволяющее цитоплазматическим/ядерным белкам и РНК диффундировать в буфер для электрофореза, в то время как высокомолекулярная ДНК остается иммобилизованной в агарозном матриксе; (3) Щелочная денатурация (pH > 13), индуцирующая раскручивание ДНК и высвобождение поврежденных фрагментов ДНК; (4) Электрофоретическая анодная миграция фрагментированной ДНК, вызванная полем, создающая характерную морфологию кометы, при этом неповрежденная ДНК сохраняет сферическую нуклеоидную структуру15,16. Количественное определение повреждений ДНК достигается с помощью компьютерного анализа процентного соотношения хвостовой ДНК (TDP), что обеспечивает точное измерение генотоксического воздействия при разрешении одной клетки17.
В этом исследовании использовалась систематическая экспериментальная структура для сравнения дифференциальных генотоксических эффектов гилтеритиниба и AC220 в валидированных FLT3-мутантных клетках 32D. План эксперимента состоял из двух основных компонентов: (i) создание модели повреждения ДНК, специфичной для мутации FLT3, и (ii) количественная оценка повреждения ДНК, вызванного лекарственными препаратами, с помощью методологии анализа щелочных комет. Клеточную линию 32D с мутацией FLT3 поддерживали в стандартных условиях in vitro до воздействия серийно разбавленных ингибиторов FLT3. Клеточную жизнеспособность оценивали с помощью анализов CCK-8 с последующим расчетом значений полумаксимальной ингибирующей концентрации (IC50) с помощью нелинейного регрессионного анализа. В качестве порога индукции повреждения ДНК было выбрано пятикратное значение IC50 . Обработанные лекарственными препаратами клетки собирали и помещали в агарозу с низкой температурой плавления на предметных стеклах для последующего анализа. Электрофоретическое разделение проводили при напряжении 24 В (~0,74 В/см) и 300 мА в течение 30 мин в щелочном буфере, в ходе которого фрагментированная ДНК анально мигрировала, образуя характерную морфологию кометы, в то время как интактная ДНК сохраняла сферическую нуклеоидную конфигурацию. Количественная оценка повреждений ДНК была достигнута с помощью компьютеризированного анализа изображений, программного обеспечения для анализа комет (CASP), измеряющего момент хвоста, при этом увеличенные значения момента оливкового хвоста напрямую коррелировали со степенью фрагментации ДНК.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Построение модели повреждения ДНК в 32D-клетках с мутациями FLT3-ITD 18
× 100%
× 100%2. Подготовка реагентов и образцов клеток
3. Процедура пробирного анализа комет
4. Обработка данных
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Кометный анализ систематически использовался для количественной оценки дифференциальных профилей повреждения ДНК, индуцированных гилтеритинибом и AC220 в FLT3-мутантных клеточных линиях. Анализ показал, что разница в повреждении ДНК между популяциями клеток, не обработанных гилтеритинибом и AC220, не была статистически значимой (P > 0,05). Дозозависимое увеличение значений ДНК хвоста (%) и хвоста оливкового момента (ОМТ) достигло статистической значимости (P < 0,05) после воздействия в течение 2-6 часов. ОМТ предст...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Анализ комет представляет собой значительный шаг вперед в методологиях оценки генотоксичности. Этот метод имеет явные преимущества по сравнению с традиционными подходами благодаря своей технической доступности, разрешению для одной клетки и прямой визуализации картин повреждений с помощью профилей электрофоретической миграции. При разработке методов лечения ОМЛ кометный анализ позволяет проводить систематическую оценку генотоксических профилей агентов-кандидатов на этапах валидации мишен...
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.), Программой медицинских наук и технологий провинции Чжэцзян (2025KY1861), Ключевым фондом естественных наук Высших учебных заведений Цзянсу Китая (грант No 24KJA310008), Программами Профессионального медицинского колледжа Сучжоу (грант No. SZWZYTD202201, szwzy202406) и проект Государственной ключевой лаборатории радиационной медицины и защиты Университета Сучжоу (GZK12023013).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,5 м ЭДТА | Бейотим | СТ066 | |
| 1x Краситель для нуклеиновых кислот YeaRed | Йезен | 10202ЧС | |
| 32D ЯЧЕЙКА | Cobioer | CBP60995 | |
| АС220 | ТаргетМол | Т2066 | |
| Набор для подсчета ячеек-8 | Додзиндо | СК04 | |
| Счетная пластина для ячеек | Цюцзин | ХБ-К-25 | |
| CO2 инкубатор | Термо | 51032872 | |
| Проект программного обеспечения для пробирного анализа комет (CASP) | |||
| Набор для анализа кометы | Тревиген | 4250-050-К | |
| Цитация 5 | БиоТек | 16280004 | |
| ФБС | СКОВОРОДА | СТ30-3302 | |
| Гилтеритиниб | ТаргетМол | Т4409 | |
| ГрафПад Призма 9.0 | |||
| высокоскоростная центрифуга | Термо | 9АК2861 | |
| Пипетки L-1000XLS+ | Райнин | 17014382 | |
| Пипетки L-20XLS+ | Райнин | 17014392 | |
| бак для жидкого азота | Мвекриоге | YDS-175-216 | |
| Микропланшетный фотометр Multiskan FC | Термо | 1410101 | |
| Na2OH | ДАМАО | 1588 | |
| ПБС | Соларбио | П1020 | |
| Пенициллин-стрептомицин раствор, 100x | Бейотим | С0222 | |
| RPMI 1640 средний | Gibco | C22400500BT | |
| Тринокулярный микроскоп живых клеток | Мотик | 1.1001Э+12 | |
| Сверхнизкотемпературная морозильная камера | Хейр | V118574 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.