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Forschungsartikel

1β-Hydroxyl-5α-chloro-8-epi-xanthatin unterdrückt entzündliche Antworten, indem es IKKα/β angreift und den NF-κB-Signalweg hemmt

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DOI:

10.3791/71253

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14. Juli 2026

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Sesquiterpen-Lacton XTT dämpft effektiv die durch Lipopolysaccharid (LPS)-induzierten Entzündungsreaktionen in Makrophagen. XTT zielt auf IKKα/β ab, um die NF-κB-Signalübertragung zu hemmen, ohne die MAPK-Aktivierung zu beeinträchtigen, und so starke entzündungshemmende Effekte in vitro auszuüben.

Zusammenfassung

Die Dysregulation der Nuklearfaktor-κB-(NF-κB)-Kaskade steht in engem Zusammenhang mit dem Fortschreiten entzündlicher Erkrankungen. IκB-Kinasen (IKKs) sind als zentrale Modulatoren der NF-κB-Aktivität gut etabliert und sind damit attraktive therapeutische Kandidaten zur Behandlung entzündlicher Pathologien. Das Sesquiterpen-Lacton 1β-Hydroxyl-5α-Chloro-8-epi-xanthatin (XTT) hat nachweislich starke anticancerale Wirkungen. Seine entzündungshemmende Wirkung und die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen bleiben jedoch unklar. In dieser Arbeit unterdrückte XTT deutlich die Synthese von Stickstoffmonoxid (NO) und Prostaglandin E2 (PGE2) in lipopolysaccharidaktivierten (LPS)-aktivierten RAW264.7-Makrophagen. XTT senkte außerdem die LPS-ausgelösten mRNA-Spiegel von induzierbarer Stickstoffmonoxidsynthase (iNOS), Cyclooxygenase-2 (COX2), Tumornekrosefaktor-α (TNF-α), Interleukin-1β (IL-1β) und Interleukin-6 (IL-6) erheblich. Darüber hinaus senkte XTT die durch die LPS-Behandlung ausgelösten Proteinwerte von iNOS und COX2. Auf mechanistischer Ebene veränderte XTT die Aktivität der mitogenaktivierten Proteinkinase-(MAPK)-Kaskade nicht wesentlich. Umgekehrt blockierte XTT die durch LPS ausgelöste Phosphorylierung und den Abbau des inhibitorischen κBα (IκBα) stark, indem es mit IKKα/β wechselte und so die Kerntranslokation von NF-κB beeinträchtigte. Zusammen zeigen diese Daten, dass XTT in vitro robuste entzündungshemmende Effekte erzielt, indem es IKKα/β anvisiert und die NF-κB-Signalübertragung blockiert. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass XTT als vielversprechende Leadverbindung für die Entwicklung von entzündungshemmenden Mitteln dienen könnte. Weitere biochemische und in vivo Studien sind erforderlich, um direkte Hemmung und therapeutisches Potenzial von IKKα/β zu validieren.

Einleitung

Entzündung ist ein streng regulierter biologischer Prozess, der es Organismen ermöglicht, auf Infektionen, Gewebeschäden und andere Umweltprobleme zu reagieren1. Obwohl akute Entzündungsreaktionen im Allgemeinen schützend sind, kann die anhaltende Aktivierung der Entzündungswege die Gewebehomöostase stören und zum Beginn und Fortschreiten chronischer Erkrankungen beitragen, darunter entzündliche Darmerkrankungen (IBD) und rheumatoide Arthritis (RA)2. Zahlreiche intrazelluläre Signalnetzwerke sind an der Entzündungsregulation beteiligt, unter denen der Kernfaktor-κB (NF-κB)-Weg einer der am häufigsten untersuchten3 ist.

Mitglieder der NF-κB-Familie, darunter p50, p52, p65 (RelA), RelB und c-Rel, fungieren als dimerische Transkriptionsfaktoren, die die Expression von Genen regulieren, die an Immunität und Entzündung beteiligt sind 4,5. Unter basalen Bedingungen bleiben NF-κB-Dimere im Zytoplasma inaktiv, da sie mit einem Inhibitor von κB- (IκB)-Proteinen assoziiert sind. Nach der Stimulation durch entzündliche Mediatoren wie Lipopolysaccharid (LPS) oder Tumornekrose-Faktor-α (TNF-α) wird der IκB-Kinase-(IKK)-Komplex aktiviert und phosphoryliert IκBα, was zu seiner Ubiquitination und Abbau führt. Dieser Prozess ermöglicht es NF-κB-Komplexen, sich im Zellkern anzusammeln und die Transkription von entzündlichen Mediatoren und Zytokinen6 zu initiieren. Da eine übermäßige oder anhaltende Aktivierung von NF-κB eng mit einer Vielzahl entzündlicher und autoimmuner Erkrankungen assoziiert ist, hat die pharmakologische Intervention auf der Ebene der IKK-Signalübertragung großes Interesse geweckt 7,8,9.

Naturprodukte sind seit langem wichtige Quellen für die Entwicklung von Medikamenten, darunter entzündungshemmende Therapeutika10. 1β-Hydroxyl-5α-chloro-8-epi-xanthatin (XTT) ist ein Sesquiterpen-Lacton, das aus Xanthium sibiricum 11,12 isoliert wurde. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass XTT die Zellproliferation unterdrückt und Apoptose in menschlichen hepatozellulären Karzinomzellen durch ROS-vermittelte ERK/p38-MAPK-Aktivierung und JAK2/STAT3-Hemmung durch Glutathion-Depletion13 auslöst. Das entzündungshemmende Potenzial von XTT und den damit verbundenen molekularen Mechanismen ist jedoch noch wenig verstanden.

Die aktuellen Ergebnisse zeigen, dass XTT in vitro erhebliche entzündungshemmende Wirkungen aufweist. Mechanistische Untersuchungen zeigen, dass XTT mit IKKα/β interagiert und die NF-κB-Signalübertragung unterdrückt, wodurch Entzündungsreaktionen in aktivierten Makrophagen gehemmt werden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass XTT eine vielversprechende Leadverbindung für die Entwicklung entzündungshemmender Mittel darstellen könnte.

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Protokoll

Diese Studie umfasste ausschließlich etablierte kommerzielle Zelllinien und umfasste keine menschlichen Teilnehmer, klinische Proben oder Tierversuche. Daher waren keine institutionelle ethische Genehmigung und informierte Einwilligung erforderlich. Alle Experimente wurden gemäß den Sicherheitsrichtlinien institutioneller Labore durchgeführt. Gefährliche Reagenzien wurden in ausgewiesenen Abzugshauben behandelt, wobei geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA) verwendet wurde. Chemische und biologische Abfälle wurden gemäß institutionellen Vorschriften entsorgt. Die im Protokoll verwendeten Chemikalien, Kits und Reagenzien sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Zellkultur
RAW264.7 Mausmakrophagen, HeLa-humane Zervikalkarzinomzellen und HEK293T menschliche embryonale Nierenzellen wurden von der Zellbank der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (Shanghai, China) gekauft. Alle Zellen wurden in Dulbeccos Modified Eagle Medium (DMEM) aufbewahrt, das 10 % fetales Rinderserum (FBS) und 1 % Penicillin-Streptomycin enthält. Die Kulturumgebung wurde auf 37 °C mit 5 % CO₂ und gesättigter Luftfeuchtigkeit eingestellt.

2. Zellviabilitätstest
Die Zelllebensfähigkeit wurde mittels eines Cell Counting Kit-8 (CCK-8)-Tests bewertet. RAW264,7 Zellen (2,5 × 104 Zellen/Well) wurden in 96-Well-Platten plattiert und über Nacht bei 37 °C kultiviert. Anschließend wurden die Zellen mit unterschiedlichen XTT-Konzentrationen für 24 Stunden mit oder ohne LPS (0,5 μg/mL) behandelt. Die LPS-Konzentration und Behandlungsdauer wurden in ersten Experimenten optimiert, um moderate Entzündungsreaktionen auszulösen, ohne signifikante Zytotoxizität zu verursachen. Anschließend wurden jedem Bohrloch 10 μL CCK-8-Reagenz zugegeben, und die Platte wurde 2 Stunden lang bei 37 °C gehalten. Die Absorption wurde mit 540 nm und einem Mikroplattenleser gemessen.

3. Bestimmung der NO- und PGE₂-Spiegel im Zellkulturmedium
RAW264,7-Zellen wurden in 24-Well-Platten mit einer Dichte von 2,5 × 105-Zellen pro Bohrloch plattiert und über Nacht bei 37 °C kultiviert. Die Zellen wurden 2 Stunden vor der LPS-Stimulation mit XTT vorbehandelt oder mit TNF-α (15 ng/mL) für weitere 24 Stunden. Die 2-stündige Vorbehandlungsphase wurde gewählt, um eine angemessene Interaktion zwischen XTT und zellulären Zielen vor der inflammatorischen Herausforderung zu ermöglichen. Die Werte von Stickstoffmonoxid (NO) und Prostaglandin E₂ (PGE₂) im Kulturmedium wurden gemäß den Protokollen des Herstellers quantifiziert.

4. Quantitative Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion (qRT-PCR)
RAW264,7 Zellen (2 × 106 Zellen) wurden über Nacht in 6-Well-Platten verschichtet und mit verschiedenen XTT-Dosen für 2 Stunden vorbehandelt, bevor die LPS-Probe (0,5 μg/mL) für 24 Stunden vorbehandelt wurden. Die Gesamt-RNA wurde gemäß den Anweisungen des Herstellers mit TRIzol-Reagenz isoliert. RNA-Konzentration und Reinheit wurden mit einem Spektrophotometer bewertet, und Proben mit A260/A280-Verhältnissen >1,8 wurden für nachgelagerte Analysen verwendet.

Die Gesamt-RNA (2 μg) wurde rückwärts in cDNA in einem finalen Reaktionsvolumen von 20 μL mit einem cDNA-Synthesekit transkribiert. Quantitative Echtzeit-PCR wurde mit SYBR Green-Chemie auf einem Echtzeit-PCR-Detektionssystem durchgeführt. Die Primer-Sequenzen waren wie folgt:

iNOS Forward: 5′-GGA TCT TCC CAG GCA ACC A-3′
iNOS Rückwärtsgang: 5′-AAT CCA CAA CTC GCT CCA AGA TT-3′

COX2 Stürmer: 5′-CAA CAC CTG AGC GGT TAC-3′
COX2 Rückwärts: 5′-GTT CCA GGA GGA TGG AGT-3′

IL-1β Stürmer: 5′-GCC TTG GGC CTC AAA GGA AAG AAT C-3′
IL-1β Rückwärts: 5′-GGA AGA CAC AGA TTC CAT GGT GAA G-3′

IL-6 Stürmer: 5′-TGG AGT CAC AGA AGG AGT GGC TAA G-3′
IL-6 Rückwärts: 5′-TCT GAC CAC AGT GAG GAA TGT CCA C-3′

TNF-α Stürmer: 5′-CAC CAC GCT CTT CTG CTG TCT-3′
TNF-α Rückwärts: 5′-GGC TAC AGG CTT GTC ACT C-3′

GAPDH Stürmer: 5′-TGC ACC ACC AAC TGC TTA GC-3′
GAPDH Rückwärts: 5′-GGC ATG GAC TGT GGT CAT GAG-3′

Das PCR-Amplifikationsverfahren wurde durchgeführt als: erste Denaturierung bei 95 °C für 5 Minuten, gefolgt von 39 Zyklen mit 95 °C für 15 Sekunden und 60 °C für 30 Sekunden. Die relativen Genexpressionsniveaus wurden mit der 2−ΔΔCt-Methode berechnet, wobei GAPDH die interne Kontrolle war.

5. Western-Blotting
Nach der Behandlung wurden RAW264.7-Zellen in einem RIPA-Puffer homogenisiert, der Protease- und Phosphataseinhibitoren enthält. Diese Inhibitoren wurden unmittelbar vor der Anwendung frisch hergestellt, um den Proteinabbau und die Dephosphorylierung zu verhindern. Die Gesamtproteinwerte wurden mit einem BCA-Testkit quantifiziert. Gleiche Mengen Protein wurden durch eine 10%ige Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese getrennt und auf Nitrocellulosemembranen übertragen. Nach dem Transfer wurden die Membranen mit 5 % Magermilch in TBST mit Tween-20 (TBST) zur Blockierung inkubiert und anschließend über Nacht mit primären Antikörpern (1:1.000 Verdünnung) bei 4 °C untersucht. Anschließend wurden die Membranen mit Meerrettichperoxidase-konjugierten sekundären Antikörpern (1:5.000 Verdünnung) für 1 Stunde bei Raumtemperatur untersucht. Die Proteinbänder wurden mit einem chemilumineszenz-Detektionssystem nachgewiesen, und die Bandintensitäten wurden mittels densitometrischer Quantifizierung analysiert.

6. Immunfluoreszenz-Assay
HeLa-Zellen wurden in 6-Well-Platten ausgesät und für 4 Stunden mit XTT (8 μM) vorbehandelt, bevor die TNF-α-Stimulation (15 ng/mL) 30 Minuten lang durchgeführt wurde. Diese 4-stündige Pre-Inkubationsphase wurde gewählt, um die Zieleinbindung vor der NF-κB-Aktivierung zu maximieren. Die Zellen wurden 15 Minuten lang mit 4 % Paraformaldehyd fixiert und bei Raumtemperatur 15 Minuten mit 0,25 % Triton X-100 permeabilisiert. Nach der Blockierung mit 2 % Rinderserumalbumin (BSA) und 10 % Ziegenserum, verdünnt in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS), wurden die Zellen über Nacht bei 4 °C mit einem Anti-p65-Primärantikörper (1:250-Verdünnung) inkubiert, gefolgt von einer Untersuchung mit einem TRITC-konjugierten Sekundärantikörper (1:1.000 Verdünnung) für 1 Stunde bei Raumtemperatur. Die Kerne wurden 5 Minuten lang im Dunkeln mit DAPI (0,5 μg/mL) gegenfärbt. Fluoreszenzbilder wurden mit einem Fluoreszenzmikroskop aufgenommen. HeLa-Zellen wurden ausgewählt, weil ihr hohes Verhältnis von Zytoplasma zu Kern die Visualisierung der p65-Kerntranslokation erleichtert.

7. Zytoplasmatische und nukleare Fraktionierung
HeLa-Zellen wurden 4 Stunden lang mit XTT vorinkubiert und anschließend 30 Minuten lang mit TNF-α (15 ng/mL) stimuliert. Die Zellen wurden gesammelt, mit kaltem PBS ausgespült und gemäß den Anweisungen des Herstellers für die zytoplasmatische und nukleäre Proteinextraktion mit einem kommerziellen Kern- und zytoplasmatischen Proteinextraktionskit verarbeitet. Alle Verfahren wurden auf Eis durchgeführt, um die Proteinintegrität zu erhalten.

8. Zellulärer Thermalverschiebungstest (CETSA)
CETSA wurde wie zuvor beschriebendurchgeführt 14. Ungefähr 1 × 107 HeLa-Zellen wurden gesammelt und in 500 μL kalten PBS-Inhibitoren mit Proteaseinhibitoren neu suspendiert, anschließend in drei Gefrier-Tau-Zyklen in flüssigem Stickstoff lysiert. Zelllysate wurden bei 20.000 × g für 15 Minuten bei 4 °C zentrifugiert. Die resultierenden Supernatanten wurden gleichmäßig in zwei Gruppen aufgeteilt und entweder mit XTT (100 μM) oder DMSO für 1 Stunde bei Raumtemperatur behandelt. XTT (100 μM) wurde eingesetzt, um die Nachweisempfindlichkeit in CETSA-Experimenten zu erhöhen. Die Proben wurden dann in sieben Röhrchen versalziert und bei den angegebenen Temperaturen 3 Minuten erhitzt, gefolgt von einer weiteren 3-minütigen Inkubation bei Raumtemperatur. Lösliche Proteinfraktionen wurden für die Immunblotting-Analyse gesammelt.

9. Molekulares Andocken
Die molekulare Andockanalyse wurde wie zuvor beschrieben durchgeführt14. Kristallstrukturen von IKKβ (PDB-IDs: 3BRT und 4KIK) wurden aus der Protein Data Bank (PDB) abgerufen. Proteinstrukturen wurden mit PyMOL (Version 2.3.4) vorverarbeitet, um Wassermoleküle, ursprüngliche Liganden und Verunreinigungen zu entfernen, gefolgt von der Zugabe von Wasserstoffatomen. Gasteiger-Gebühren wurden berechnet und aktive Taschen mit AutoDock Tools (Version 1.5.6) identifiziert. Proteinstrukturen wurden dann im PDBQT-Format gespeichert.

Die XTT-Struktur wurde in Chem3D (Version 15.1) erzeugt und durch Energieminimierung optimiert. Das halbflexible Andocken wurde mit AutoDock Vina (Version 1.1.2) durchgeführt. Gitterboxen wurden so gebaut, dass sie die aktiven Pockets vollständig abdeckten, während alle anderen Parameter auf Standardeinstellungen blieben. Andockposen mit den niedrigsten Bindungsenergien und stabilsten Konformationen wurden für die Analyse ausgewählt. Bindungsenergien unter −5 kcal/mol wurden gemäß veröffentlichten Kriterien als Hinweis auf eine starke Bindungsaffinität angesehen. PyMOL wurde zudem eingesetzt, um Bindungsmodi zu visualisieren und Wasserstoffbrücken, hydrophobe Wechselwirkungen, Van-der-Waals-Interaktionen und potenzielle Bindungsstellen zu bewerten.

10. Statistische Analyse
Alle statistischen Analysen wurden mit der Software GraphPad Prism 5.0 durchgeführt. Die Daten werden als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwerts (SEM) aus drei unabhängigen Experimenten präsentiert. Die statistische Signifikanz wurde mittels einer Einweg-Varianzanalyse (ANOVA) bewertet, gefolgt von Dunnetts Post-hoc-Test. Ein Wert von p < 0,05 galt als statistisch signifikant.

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Ergebnisse

XTT hemmte die NO- und PGE₂-Produktion in LPS- oder TNF-α-stimulierten RAW264.7-Makrophagen.
Um festzustellen, ob die entzündungshemmenden Effekte von XTT unabhängig von der Zytotoxizität sind, wurde die Zelllebensfähigkeit von RAW264.7 nach der XTT-Behandlung in Anwesenheit oder Abwesenheit von LPS bewertet. Bei Konzentrationen von 0,5 bis 8 μM wurde keine spürbare Verringerung der Zelllebensfähigkeit festgestellt, was darauf hindeutet, dass die Verbindung unter den ...

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Diskussion

Sesquiterpen-Laktone sind eine Klasse von Naturprodukten mit vielfältigen pharmakologischen Wirkungen, darunter antiseptische, entzündungshemmende, fieberhemmende und entgiftende Wirkung15. Frühere Studien haben gezeigt, dass XTT, ein Xanthanolid-Typ Sesquiterpen-Lacton, isoliert aus Xanthium sibiricum, starke antiproliferative und pro-apoptotische Effekte in humanen hepatozellulären Karzinomzellen13 aufweist. Diese Arbeit untersuc...

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Offenlegungen

Die Autoren erklären keine konkurrierenden Interessen.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 82004031), dem Forschungsprojekt der Provinzverwaltung der traditionellen chinesischen Medizin in Sichuan (Nr. 2024MS566) und dem National Key Research and Development Program Chinas (Nr. 2023YFC3504402) unterstützt.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Enhanced chemiluminescence reagent D20A2:D21A2:D22A2:D23A2:
D24A2:D25A2:D26A2:D27A2:D28A2:
D29A2:D30A2:D29
Beyotime Biotechnology Co., LtdP90720luminescent signal detection
 Horseradish peroxidase (HRP)-conjugated secondary antibodiesSignalway Antibody  (Nanjing)L30118bindet spezifisch an das Primärantikörper
 p65 primary antibodyBioworldBS4139erkennt spezifisch das NF-κB p65 Untereinheitenprotein
 SpektralphotometerThermo Fisher ScientificNanoDrop 2000SCR_018042
0,45 μM  PolyvinylidenfluoridmembranMilliporePR05509adsorbiert Proteinmoleküle
1β-hydroxyl-5α-chloro-8-epi-xanthatinChengdu Institute of Biologynatürliche monomere Verbindungen
All-in-One cDNA Synthesis SuperMix Bimake (Shanghai)B24408reverse transkribieren
BAY11-7082Beyotime Biotechnology Co., LtdSF0011IκB/IKK-Inhibitor
Bcl2  AntikörperSignalway Antibody  (Nanjing)32012AB_3751037
Bicinchoninsäure (BCA) KitBeyotime Biotechnology Co., LtdP0010SQuantifizierung des Gesamtproteins
CCK-8-AgensBeyotime Biotechnology Co., LtdC0038Zelllebensfähigkeitsmessung
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COX-2-AntikörperSignalway Antibody  (Nanjing)33345AB_3676692
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p-IκBα (phospho-Ser32)-AntikörperSignalway Antibody  (Nanjing)13776AB_3751033
p-JNK (T183/T221)-AntikörperSignalway Antibody  (Nanjing)13371AB_3718662
p-p38 MAPK (Thr180)-AntikörperSignalway Antibody  (Nanjing)11581AB_3751032
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PS1145Selleck Chemicals  (Shanghai)S7691spezifischer IKK-Inhibitor
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RIPA-Puffer Bimake (Shanghai)P0013CZelllyse
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SP600125Selleck Chemicals  (Shanghai)S1460JNK-Inhibitor
SYBR GreenBimake (Shanghai)B21202Für Echtzeit-Quantifizierung
TRITC-konjugierter Ziegen-Anti-Maus-IgGBeyotime Biotechnology Co., LtdA0568AB_2893016
TRITC-konjugierter SekundärantikörperBeijing Baiao Leibo Technology Co., Ltd.‌ZN1992AB_3751143
TRIzol-ReagenzInvitrogen15596026Isolierung von Gesamt-RNA
Vinculin-AntikörperSignalway Antibody  (Nanjing)41534AB_3751035

Nachdrucke und Genehmigungen

Tags

MedizinAusgabe 233Ausgabe 233LeerwertAusgabeAntiinflammatorische AktivitätNF-κB-Signalweg