RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
German
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Basierend auf in vitro Experimenten enthüllte diese Studie den Mechanismus von Crocetin bei der Reparatur von oxidativen Stressschäden von Kardiomyozyten durch Beeinflussung der Mitophagie, bei der der PINK1/Parkin-Signalweg eine wichtige Rolle spielt.
Ziel dieser Studie war es, die oxidative stressschützende Wirkung von Crocetin auf H2O2-vermittelte H9c2-Myokardzellen durch in vitro Experimente zu untersuchen und weiter zu untersuchen, ob sein Mechanismus mit dem Einfluss der Mitophagie zusammenhängt. Diese Studie zielte auch darauf ab, die therapeutische Wirkung von Distelsäure auf oxidativen Stress in Kardiomyozyten zu demonstrieren und zu untersuchen, ob ihr Mechanismus mit der Wirkung der Mitophagie zusammenhängt. In dieser Arbeit wurde ein H2O2-basiertes Modell für oxidativen Stress konstruiert und der Grad der oxidativen Stressschädigung von Kardiomyozyten durch Detektion der Konzentrationen von Laktatdehydrogenase (LDH), Kreatinkinase (CK), Malondialdehyd (MDA), Superoxiddismutase (SOD), Katalase (CAT) und Glutathionperoxidase (GSH Px) bewertet. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS)-detektierende Fluoreszenzfarbstoffe DCFH-DA, JC-1 und TUNEL-Farbstoffe wurden verwendet, um mitochondriale Schäden und Apoptose zu beurteilen. Der autophagische Fluss wurde durch Transfizierung des Ad-mCherry-GFP-LC3B-Adenovirus gemessen. Mitophagie-verwandte Proteine wurden dann mittels Western Blot und Immunfluoreszenz nachgewiesen. Crocetin (0,1-10 μM) könnte jedoch die Lebensfähigkeit der Zellen signifikant verbessern und die Apoptose und die durchH2O2verursachten Schäden durch oxidativen Stress reduzieren. In Zellen mit übermäßiger autophagischer Aktivierung könnte Crocetin auch den Autophagiefluss und die Expression der Mitophagie-verwandten Proteine PINK1 und Parkin reduzieren und den Transfer von Parkin in die Mitochondrien umkehren. Crocetin konnte H2O2-vermittelte oxidative Stressschäden und die Apoptose von H9c2-Zellen reduzieren, und sein Mechanismus war eng mit der Mitophagie verbunden.
Der akute Myokardinfarkt (AMI) ist eine lebensbedrohliche Myokardnekrose, die durch eine schwere und anhaltende Ischämie und Hypoxie der Koronararterien verursacht wird 1,2. Die perkutane Koronarintervention (PCI) ist eine der ersten Therapiestrategien bei AMI und schützt die Kardiomyozyten in der Regel vor ischämischen Schäden 3,4. Dem distalen Myokard fehlt es an Blut- und Sauerstoffversorgung, wenn es nicht umgehend und effektiv nach AMI behandelt wird, was zu ischämischen Nekrosen und weiteren kardiovaskulären Komplikationen führt 5,6. Die Förderung der Erholung von Kardiomyozyten und die Minimierung irreversibler Myokardschäden nach verpasster PCI-Chirurgie war ein Forschungsschwerpunkt. Nach AMI befinden sich die Kardiomyozyten in einem Zustand der Ischämie und Hypoxie, was zu einer Hemmung der mitochondrialen oxidativen Phosphorylierung, einer Reduktion von NAD+ zu NADPH und einer verstärkten Einzelelektronenreduktion führt7. Infolgedessen erzeugt die unvollständige Reduktionsreaktion von Sauerstoff einen Überschuss an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und führt schließlich zu einer Schädigung der Kardiomyozyten durch oxidativen Stress8. Eine übermäßige Anhäufung von ROS löst eine Lipidperoxidation aus, die die Struktur und Funktion der mitochondrialen Membranen weiter stört. Das Ergebnis ist eine kontinuierliche Öffnung der Übergangsporen der mitochondrialen Permeabilität und eine Abnahme des mitochondrialen Membranpotentials, was Apoptose und Nekrose induziert.
ACE-Hemmer (Angiotensin-Converting-Enzyme), Angiotensin-Rezeptor-Blocker (ARBs), die Inhibitoren von β-Adrenozeptoren, Aldosteron-Antagonisten und andere Standardmedikamente bei AMI können dazu beitragen, die Herzfunktion nach einem Myokardinfarkt zu verbessern und das Auftreten bösartiger Ereignisse wie Arrhythmien und linksventrikuläres Remodeling zu verhindern9. Das Überleben und die Prognose nach einem Infarkt werden jedoch stark von der Infarktgröße beeinflusst, und es wurden keine zufriedenstellenden Ergebnisse zur Verringerung der Apoptose von Kardiomyozyten erzielt10,11. Daher ist die Entwicklung von Medikamenten zur Förderung der Erholung von Kardiomyozyten nach einem Myokardinfarkt zu einem dringenden Thema geworden.
Die traditionelle Medizin ist seit vielen Jahren eine Inspirationsquelle für die moderne pharmazeutische Forschung12,13,14,15. Die Traditionelle Chinesische Medizin (TCM) hat eine lange Geschichte in der Behandlung von AMI, und eine Reihe von randomisierten kontrollierten Studien in den letzten Jahren hat bestätigt, dass TCM tatsächlich die Prognose von Patienten verbessern kann16,17. Nach der TCM-Theorie wird AMI durch Blutstauungverursacht 18,19, daher werden zur Behandlung von AMI in der akuten Phase20 in der Regel durchblutungsfördernde Medikamente eingesetzt. Unter ihnen wird angenommen, dass Safran eine starke Wirkung auf die Blutaktivierung und -stase hat und häufig bei der Akutbehandlung von AMI eingesetzt wird. Crocetin, ein Hauptbestandteil von Safran, könnte eine Schlüsselrolle beim Schutz von Kardiomyozyten spielen21.
In dieser Studie wurden H9c2-Myokardzellen durchH2O2induziert, um eine myokardiale Ischämie/Reperfusion zu simulieren, die eine Kardiomyozytenschädigung der AMI verursacht, und Crocetin wurde als Intervention verwendet, um seine schützende Wirkung gegen oxidativen Stress induzierte Myokardschädigung zu untersuchen. Der Mechanismus, den Crocetin vor Kardiomyozyten schützt, wurde durch Mitophagie weiter erforscht. Noch wichtiger ist, dass dieser Artikel eine Referenz für den technischen Ansatz zur Untersuchung der Mitophagie bietet und den gesamten experimentellen Ablauf im Detail beschreibt.
Die Experimente wurden im Labor für Physiologie der Pekinger Universität für Chinesische Medizin, China, durchgeführt. Alle Studienmethoden wurden in Übereinstimmung mit den einschlägigen Richtlinien und Vorschriften der Universität Peking durchgeführt.
1. Zellkultur
2. Bestimmung der Zellviabilität
3. Bestimmung von Laktatdehydrogenase (LDH), Kreatinkinase (CK), Malondialdehyd (MDA), Superoxiddismutase (SOD), Glutathionperoxidase (GSH Px) und Katalase (CAT)
4. Bestimmung der ROS
5. Nachweis des mitochondrialen Membranpotentials
6. TUNEL-Färbetest
7. Überwachung des autophagischen Flusses durch Transfektion des Adenovirus mCherry GFP-LC3B
8. Western-Blot-Analyse
9. Nachweis der mitochondrialen Translokation von Parkin durch Immunfluoreszenz
10. Statistische Analyse
Auswirkungen von Crocetin auf die Lebensfähigkeit der Zellen
Crocetin in 0,1 μM, 0,5 μM, 1 μM, 5 μM, 10 μM, 50 μM und 100 μM hatte eine signifikante proliferative Wirkung auf die Zellen, während Crocetin in Konzentrationen über 200 μM die Proliferation von H9c2-Zellen signifikant hemmte (Abbildung 1A). Nach 4 h Behandlung mit 400 μMH2O2war die Zellviabilität deutlich reduziert, und Crocetin konnte diese Veränderung bis zu einem gewissen Grad rückgängig machen (Abbildung 1B). Da kein signifikanter Unterschied zwischen 10 μM und 100 μM Crocetin in Bezug auf die H2O2-induzierte H9c2-Zellviabilität beobachtet wurde, wurden 10 μM Crocetin als hohe Konzentration und 1 μM und 0,1 μM als mittlere bzw. niedrige Dosisgruppen verwendet.
Wirkungen von Crocetin auf LDH, CK, MDA, SOD, GSH-Px und CAT in H9c2-Zellen
Nach 4-stündiger Behandlung mit 400 μMH2O2stiegen die LDH-, CK- und MDA-Spiegel merklich an, während die Spiegel von SOD, GSH-Px und CAT abnahmen. Die Vorbehandlung mit 10 μM Crocetin für 24 h kann die oben genannten Veränderungen rückgängig machen und zeigt einen offensichtlichen dosisabhängigen Effekt. Als Positivkontrollmedikament kann Coenzym Q10 nur die Spiegel von CK, MDA und SOD verändern (Abbildung 2).
Die Wirkung von Crocetin auf ROS in H9c2-Kardiomyozyten
Als Blindkontrolle exprimierten H9c2-Kardiomyozyten fast kein ROS. Gleichzeitig könnten 400 μMH2O2für eine 4-stündige Behandlung den ROS-Spiegel deutlich erhöhen, der durch 10 μM Crocetin bis zu einem gewissen Grad rückgängig gemacht werden kann (Abbildung 3). Die Fluoreszenzergebnisse zeigten, dass die grüne Fluoreszenz in der Normalgruppe sehr schwach war. Im Vergleich dazu konnten 400 μM H2 O2 für eine 4-stündige Behandlung das grüne Fluoreszenzsignal verstärken, und diese Verbesserung konnte um 10 μM Crocetin reduziert werden (Abbildung 3).
Wirkungen von Crocetin auf das H2O2-induzierte mitochondriale Membranpotential und die Apoptose
Die JC-1-Färbung zeigte mehr rote Fluoreszenz und weniger grüne Fluoreszenz in der Blindkontrollgruppe. Nach 4-stündiger Behandlung mit 400 μMH2O2wurde mehr grüne Fluoreszenz und weniger rote Fluoreszenz beobachtet, und 10 μM Crocetin konnten diese Veränderung bis zu einem gewissen Grad umkehren (Abbildung 4A). Die TUNEL-Färbeergebnisse zeigten, dass in der Blindkontrollgruppe keine Apoptose-bezogene Signaltransduktion nachgewiesen wurde, während die Apoptose-bezogene Signaltransduktion nach 400 μMH2O2für 4 h Behandlung deutlich verstärkt war, was durch 10 μM Crocetin bis zu einem gewissen Grad rückgängig gemacht werden konnte (Abbildung 4B).
Wirkungen von Crocetin auf H2O2-induzierte exzessive Autophagie
H9c2-Kardiomyozyten in der Blind-Kontrollgruppe zeigten keinen offensichtlichen Autophagiefluss. Die Fluoreszenz zeigte das Auftreten von punktförmigen gelben Flecken in H9c2-Kardiomyozyten, die 4 h lang mit 400 μMH2O2vorbehandelt wurden, was auf eine offensichtliche Überaktivierung der Autophagie hindeutet. Diese Veränderung wurde jedoch nach der 10 μM Crocetin-Vorbehandlung rückgängig gemacht. In der Kontrollgruppe konnte das Ad-mCherry GFP-LC3B-Virus nur als schwacher diffuser gelber Hintergrund durch Fluoreszenz beobachtet werden. Allerdings wurden nach 400 μMH2O2für 4 h Behandlung punktförmige gelbe Flecken beobachtet, und diese Veränderung wurde nach der 10 μM Crocetin-Vorbehandlung rückgängig gemacht (Abbildung 5).
Nachweis von Crocetin bei der Expression von Mitophagie-verwandten Proteinen
Western-Blot-Ergebnisse zeigten, dass in der Kontrollgruppe die Expressionsniveaus von PINK1 und Parkin niedriger waren. In 4 h H2 O 2-stimulierten H9c2-Kardiomyozyten stiegen die Expressionsniveaus von PINK1 und Parkin an, während die 10 μM Crocetin-Vorbehandlung den Anstieg von PINK1 und Parkin reduzieren konnte (Abbildung 6).
Nachweis der Wirkung von Crocetin auf die Translokation von Parkin-Mitochondrien
Die Immunfluoreszenzergebnisse zeigten, dass das rote Fluoreszenzsignal, das Parkin in der Blindkontrollgruppe repräsentierte, sehr schwach war; Nach 400 μM H2O2 für 4 h Behandlung war das rote Fluoreszenzsignal jedoch verstärkt und die Kolokalisation mit der grünen Fluoreszenz, dieTom20repräsentierte, nahm zu. Nach der Vorbehandlung mit 10 μM Crocetin wurde das rote Fluoreszenzsignal abgeschwächt und die Kolokalisation mit dem grünen Fluoreszenzsignal verringert (Abbildung 7).

Abbildung 1: Nachweis der Zellviabilität durch den MTT-Assay. (A) Auswirkungen von Crocetin in verschiedenen Konzentrationen auf die Zellviabilität (n = 6). (B) Auswirkungen von Crocetin in unterschiedlichen Konzentrationen auf die Zellviabilität nachH 2 02 Intervention (n = 6). *p < 0,05 gegenüber der Kontrollgruppe, #p < 0,05 gegenüber der H2O2-Behandlungsgruppe. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 2: Nachweis von LDH-, CK-, MDA-, SOD-, GSH-Px- und CAT-Spiegeln. (A) LDH-Spiegel im Zellüberstand (n = 6). (B) CK-Spiegel im Zelllysat (n = 6). (C) MDA-Gehalt im Zelllysat (n = 6). (D) SOD-Gehalt im Zellüberstand (n = 6). (E) GSH-Px-Gehalt im Zelllysat (n = 6). (F) CAT-Gehalt im Zelllysat (n = 6). *p < 0,05 im Vergleich zur Blind-Kontrollgruppe, #p < 0,05 im Vergleich zur H2-O2-Behandlungsgruppe. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 3: ROS, bestimmt durch DCFH-DA. (A) DCFH-DA wurde zur Messung des ROS-Spiegels in H9c2-Kardiomyozyten verwendet. ROS: grün. (B) Quantifizierungsdaten von ROS. (a) H9c2-Kardiomyozyten ohne Behandlung. (b) H9c2-Kardiomyozyten, die mit 400 μM H2O2 für 4 h stimuliert wurden. (c) H9c2-Zellen, die 24 h lang mit 10 μM Crocetin vorbehandelt und dann 4 h lang mit 400 μMH2O2stimuliertwurden. Maßstabsbalken = 24 μm. *p < 0,05 gegenüber der Blind-Kontrollgruppe, #p < 0,05 gegenüber der H2-O2-Behandlungsgruppe. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 4: Nachweis des mitochondrialen Membranpotentials und der Apoptose. (A) Das mitochondriale Membranpotential wurde durch JC-1-Färbung bestimmt. JC-1 Aggregate: rot; JC-1-Monomere: grün. (B) Apoptose wurde durch TUNEL-Färbung in H9c2-Zellen nachgewiesen. TUNEL: grün; DAPI: blau. (a) H9c2-Kardiomyozyten ohne Behandlung. (b) H9c2-Kardiomyozyten, die mit 400 μM H2O2 für 4 h stimuliert wurden. (c) H9c2-Zellen, die 24 h lang mit 10 μM Crocetin vorbehandelt und dann 4 h lang mit 400 μMH2O2stimuliertwurden. Maßstabsbalken = 72 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 5: Autophagischer Fluss, nachgewiesen durch mCherry-GFP-LC3B-Adenovirus. mCherry: rot; GFP: grün. (a) H9c2-Kardiomyozyten ohne Behandlung. (b) H9c2-Kardiomyozyten, die mit 400 μM H2O2 für 4 h stimuliert wurden. (c) H9c2-Zellen, die 24 h lang mit 10 μM Crocetin vorbehandelt und dann 4 h lang mit 400 μMH2O2stimuliertwurden. Maßstabsbalken = 50 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 6: Der Gehalt an Mitophagie-verwandten Proteinen wurde mittels Western Blot nachgewiesen. (A) Repräsentativer Western-Blot, der die Expression von PINK1 und Parkin veranschaulicht. β-Aktin wurde als interne Referenz übernommen. (B) Relative PINK1-Expression (n = 3). (C) Relativer Parkin-Ausdruck (n = 3). *p < 0,05 gegenüber der Kontrollgruppe, #p < 0,05 gegenüber der H2O2-Behandlungsgruppe. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 7: Nachweis der mitochondrialen Translokation von Parkin durch Immunfluoreszenz-Doppelfärbung. Rot fluoreszenzmarkiertes Parkin-Protein und grün fluoreszenzmarkiertes Tom20-Protein. Parkin: rot; Tom20: grün; DAPI: blau). (a) H9c2-Kardiomyozyten ohne Behandlung. (b) H9c2-Kardiomyozyten, die mit 400 μM H2O2 für 4 h stimuliert wurden. (c) H9c2-Zellen, die 24 h lang mit 10 μM Crocetin vorbehandelt und dann 4 h lang mit 400 μMH2O2stimuliertwurden. Maßstabsbalken = 24 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Ergänzende Datei 1: Die Arbeitsanweisungen von LDH-, CK-, MDA-, SOD-, GSH-Px- und CAT-Assays. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte zu erklären.
Basierend auf in vitro Experimenten enthüllte diese Studie den Mechanismus von Crocetin bei der Reparatur von oxidativen Stressschäden von Kardiomyozyten durch Beeinflussung der Mitophagie, bei der der PINK1/Parkin-Signalweg eine wichtige Rolle spielt.
Diese Studie wurde von der Beijing Natural Science Foundation (Nr. 7202119) und der National Natural Science Foundation of China (Nr. 82274380) unterstützt.
| 0,25 % Trypsin | Gibco | 2323363 | |
| 1 % Penicillin-Streptomycin | Sigma | V900929 | |
| 5x Protein-Loading-Puffer | Beijing Pulilai Gene Technology | B1030-5 | |
| Ad-mCherry GFP-LC3B Adenovirus | Beyotime | C3011 | |
| Alexa Fluor 488-konjugiertes Ziegen-Anti-Kaninchen-IgG (H+L) | Verifizierter Lieferant - Zhongshan Golden Bridge Biotechnology Co., Ltd. | ZF-0514 | |
| Alexa Fluor 594-konjugiertes Ziegen-Anti-Maus-IgG (H+L) | Zhongshan Golden Bridge Biotechnology Co., Ltd. | ZF-0513 | |
| Tierversuchsfreie Blockierungslösung | CST | 15019s | |
| Anti-Parkin-Antikörper | Santa Cruz | sc-32282 | |
| Anti-PINK1-Antikörper | ABklonal | A11435 | |
| Anti-TOM20-Antikörper | ABklonal | A19403 | |
| Anti-β-Aktin Antikörper | ABklonal | AC026 | |
| BCA-Protein-Assay-Kit | KeyGEN Biotech | KGP902 | |
| Blutzählplatte | Servicebio | WG607 | |
| CAT-Assay-Kits | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A007-1-1 | |
| Chemilumineszenz-Detektionssystem | Shanghai Qinxiang Scientific Instrument Factory | ChemiScope 6100 | |
| CK Assay-Kits | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A032-1-1 | |
| Coenzym Q10 (CoQ 10) | Macklin | C6129 | |
| Crocetin | Chengdu Ruifensi Biotechnology Co., Ltd. | RFS-Z01802006012 | |
| DAPI-haltige Antifluoreszenz-Quenchtabletten | Zhongshan Golden Bridge Biotechnology Co., Ltd. | ZLI-9557 | |
| DCFH-DA | Beyotime | S0033S | |
| DMSO | Solarbio | D8371 | |
| Dulbecco's modifiziertes Eagle-Medium (DMEM) | Gibco | 8122091 | |
| Enhanced Chemiluminescence (ECL) Lösung | NCM Biotech | P10100 | |
| Fötales Rinderserum (FBS) | Corning-Cellgro | 35-081-CV | |
| GraphPad Prism 7.0 | https://www.graphpad.com/ | ||
| GSH-Px Assay-Kits | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A005-1-2 | |
| H9c2 Myokardzellen | Beijing Dingguochangsheng Biotech Co., Ltd. | CS0062 | |
| Meerrettichperoxidase (HRP)-konjugiertes Ziegen-Anti-IgG (H+L) | Verifizierter Lieferant - Zhongshan Golden Bridge Biotechnology Co., Ltd. | ZB-2305 | |
| Meerrettichperoxidase (HRP)-konjugiertes Anti-Maus-IgG (H+L) | Verifizierter Lieferant - Zhongshan Golden Bridge Biotechnology Co., Ltd. | ZB-2301 | |
| JC-1 Assay-Kit für mitochondriale Membranpotenzial | LABLEAD | J22202 | |
| LDH-Assay-Kits | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A020-2-2 | |
| MDA-Assay-Kits | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A003-2-2 | |
| Methanol | Aladdin | A2114057 MTS-Assay | |
| Promega | G3581 | ||
| Perhydrol | G-Klon | CS7730 | |
| Phosphatase-Inhibitor | CWBIO | CW2383 | |
| Polybren | Beyotime | C0351 | |
| Polyvinylidendifluorid (PVDF)-Membranen | Millipore | ISEQ00010 | |
| Radioimmunpräzipitation Assay (RIPA) Lysepuffer | Solarbio | R0010 | |
| SDS-PAGE Gele | Shanghai Epizyme Biomedical Technology | PG112 | |
| SDS-PAGE Laufpufferpulver | Servicebio | G2018-1L | |
| SDS-PAGE Transfer Puffer | Pulver Servicebio | G2017-1L | |
| SOD-Assay-Kits | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | A001-2-2 | |
| Tris-gepuffertes Kochsalzpulver | Servicebio | G0001-2L | |
| Triton X-100 | Sigma | SLCC9172 | |
| TUNEL Apoptose-Assay-Kit | Beyotime | C1086 | |
| Tween-20 | Solarbio | T8220 |