Declaración de ética
Este estudio fue aprobado por el Comité de Ética del Hospital Cuarto de Shijiazhuang (número de aprobación: 20200031). Se obtuvo el consentimiento informado por escrito de todos los donantes de tejido placentario antes de la recolección de muestras. Todos los procedimientos que involucraron a participantes humanos se realizaron de acuerdo con la Declaración de Helsinki. Se proporciona una lista completa de los reactivos, materiales de consumo, equipos y software utilizados en este protocolo en la Tabla de Materiales.
Recolección de datos
Los datos de RNA-seq se obtuvieron de la base de datos GEO. Los conjuntos de datos incluyeron GSE75010, que contiene datos de expresión génica de 157 placentas con PE y 173 placentas sin PE (N = 330). GSE10588 contiene datos de expresión génica de 26 placentas normales y 17 placentas con PE grave (N = 43). GSE60438 contiene datos de perfilado del transcriptoma de decidua basalis de pacientes con pre-eclampsia y embarazos normotensos (N = 125). Los datos de transcriptoma de célula individual se obtuvieron del conjunto de datos GEO GSE183338. Incluye muestras de núcleos individuales de vellosidades coriónicas/interfaz materno-fetal de embarazos con PE y embarazos sanos.
Análisis de DEGs
Primero, los DEG asociados con PE, los conjuntos de datos GSE75010, GSE10588 y GSE60438, fueron preprocesados y normalizados. Luego, se realizó un análisis diferencial utilizando el paquete de R «limma»14 basado en la información de agrupación de muestras. Se seleccionaron los genes con p < 0,05 y |log2FC| > 0,5. Los gráficos de volcanes de los DEG se generaron utilizando el paquete de R ggplot2. Los mapas de calor de los 20 principales DEG se elaboraron utilizando el paquete de R pheatmap. Posteriormente, se obtuvo la intersección de los DEG seleccionados de los tres conjuntos de datos, y se construyó una red de interacción proteína-proteína (PPI) para los genes candidatos utilizando la plataforma en línea STRING, con una puntuación de interacción ≥0,15. Los 20 principales genes centrales se identificaron posteriormente a partir de esta red PPI según su grado de conectividad, ordenados mediante el software Cytoscape. Los resultados de la red PPI se visualizaron utilizando el software Cytoscape o STRING.
Análisis de enriquecimiento
Se realizó un análisis de enriquecimiento génico utilizando los paquetes ClusterProfiler y DOSE en combinación con el sitio web Metascape. Las bases de datos se obtuvieron de GO y KEGG. El análisis de enriquecimiento se llevó a cabo mediante la función «EnrichGO». Se consideraron significativamente enriquecidas las vías con p < 0,05. Los resultados del enriquecimiento se visualizaron utilizando los paquetes «ggplot2» y «ggpubr».
Aprendizaje automático
Para identificar genes diferencialmente expresados (GDE) robustos y biológicamente significativos asociados con la preeclampsia, se realizó un análisis de selección de características mediante aprendizaje automático multimodelo basado en el conjunto de datos transcriptómicos públicamente disponible GSE60438 (plataforma: GPL6884). Este conjunto de datos contiene el perfil de expresión de muestras de decidua basal obtenidas de embarazos con preeclampsia y embarazos normotensos durante cesáreas. Los GDE prefiltrados se estandarizaron, y la matriz de expresión, junto con la información correspondiente de agrupación clínica, se utilizó como entrada para cuatro algoritmos distintos de aprendizaje automático con el fin de reducir el sesgo del modelo y mejorar la estabilidad de la selección de características.
Los cuatro algoritmos se aplicaron simultáneamente, sin un orden específico. LASSO se realizó utilizando el paquete «glmnet» para llevar a cabo análisis de regresión y seleccionar los genes característicos importantes. Se añadió un término de regularización L1 a la función de pérdida, que reduce los coeficientes de las características menos importantes a cero, logrando así la selección de características. SVM-RFE se implementó utilizando el paquete «e1071» para construir una máquina de vectores de soporte con eliminación recursiva de características. Primero se entrenó un clasificador mediante SVM, y luego se eliminaron iterativamente las características menos informativas según los pesos de las características, obteniéndose un subconjunto óptimo de características. XGBoost se aplicó utilizando el paquete «xgboost» para construir múltiples árboles de decisión. Cada árbol ajustó los residuos del árbol anterior, y las salidas ponderadas se acumularon para obtener la predicción final. Boruta se realizó utilizando el paquete «randomForest», generando características sombra que compitieron con las características reales durante el entrenamiento de un bosque aleatorio. Se conservaron aquellas características cuyos valores de importancia fueron significativamente superiores al ruido aleatorio.
Análisis de datos de transcriptómica de una sola célula
Los datos del transcriptoma de célula individual se obtuvieron de la base de datos GEO, y la matriz de conteo crudo se recuperó de GSE183338. La matriz de conteo se importó utilizando la función «Read10X» del paquete Seurat y se convirtió al formato dgCMatrix. Los objetos individuales se fusionaron en un único objeto agregado mediante la función «merge», y las etiquetas celulares se hicieron únicas usando «RenameCells». Las células de baja calidad se filtraron según los siguientes criterios: se eliminaron los genes expresados en menos de tres células, y se excluyeron las células que expresaban menos de 200 genes. Las células controladas por calidad se normalizaron y se identificaron los genes altamente variables. Se aplicó una normalización de escala global utilizando «LogNormalize» (factor de escala = 10.000), se seleccionaron los genes altamente variables (n = 2.000) mediante «FindVariableFeatures» y los datos se escalaron usando «ScaleData». Se realizó un análisis de componentes principales sobre las características altamente variables, y se conservaron las primeras 30 componentes principales. Los efectos de lote entre muestras se corrigieron utilizando el método Harmony. Las células se visualizaron y redujeron dimensionalmente mediante UMAP. Se construyeron grafos de vecinos más cercanos compartidos utilizando «FindNeighbors» y «FindClusters» basados en el algoritmo de Louvain. El parámetro de resolución en «FindClusters» se optimizó entre 0,1 y 1. El árbol de agrupamiento se visualizó utilizando la función «clustree», y se seleccionó una resolución de 0,9 para definir los grupos celulares. Los posibles dobletes se eliminaron utilizando el algoritmo Scrublet. Los grupos celulares se anotaron identificando genes marcadores expresados diferencialmente mediante la función «FindAllMarkers». Se aplicó la prueba no paramétrica de suma de rangos de Wilcoxon con corrección de Bonferroni. Las identidades celulares se asignaron según marcadores de superficie, literatura relevante y la Base de Datos de Clasificación Celular15.
Cultivo celular
Las células de la línea celular de trofoblasto HTR-8/SVneo se cultivaron en medio RPMI-1640 suplementado con 10% de suero bovino fetal y 1% de penicilina/estreptomicina. Las condiciones hipóxicas se establecieron cultivando las células al 1% de O₂, 5% de CO₂ y 94% de N₂ durante 24 h; los controles normóxicos se mantuvieron al 20% de O₂ y 5% de CO₂16. Todos los procedimientos de cultivo celular deben realizarse en una cabina de seguridad biológica de Clase II utilizando técnicas asépticas. Los medios de cultivo, los reactivos de transfección y los desechos celulares deben desecharse de acuerdo con las directrices institucionales de seguridad biológica.
Transfección celular
Se sintetizaron plásmidos que contenían sh-SASH1, sh-NC, OE-SASH1 y OE-NC. Las células HTR-8/SVneo se sembraron a una densidad de 5 × 105 células por pocillo en placas de seis pocillos. Posteriormente, las células se transfectaron con 2 µg de plásmido sh-SASH1, sh-NC, OE-SASH1 u OE-NC por pocillo utilizando un reactivo de transfección según las instrucciones del fabricante. En resumen, el ADN plasmídico y el reactivo P3000 se diluyeron en Opti-MEM, se mezclaron con Lipofectamina 3000 diluida por separado en Opti-MEM, se incubaron durante 15 min a temperatura ambiente y se añadieron a las células con una confluencia del 70–80%. Cuarenta y ocho horas después de la transfección, la expresión de SASH1 se evaluó mediante RT-qPCR y Western blot. Las secuencias diana de shRNA utilizadas para el silenciamiento de SASH1 se enumeran en la Tabla Suplementaria 1.
PCR cuantitativa en tiempo real
Se extrajo ARN total de células HTR-8/SVneo y se transcribió inversamente a ADNc utilizando un kit de transcripción inversa a 42 °C durante 30 min, seguido de 85 °C durante 5 min. Se realizó una PCR cuantitativa en tiempo real (qPCR) utilizando una mezcla maestra de SYBR Green con las siguientes condiciones de ciclado: 95 °C durante 10 min, seguido de 40 ciclos de 95 °C durante 15 s y 60 °C durante 1 min. La expresión relativa de ARNm se calculó mediante el método ΔΔCt, utilizando β-actina como referencia interna. Las secuencias de los cebadores utilizadas en este experimento se enumeran en la Tabla Suplementaria 2.
Ensayo de inmunotransferencia Western
Se extrajo la proteína total de células HTR-8/SVneo utilizando tampón de lisis. Los lisados celulares se recogieron, se incubaron en hielo y se centrifugaron a 12.000 × g durante 30 min a 4 °C para eliminar los restos insolubles. La concentración de proteína se determinó utilizando un espectrofotómetro. Se separaron cantidades iguales de proteína (50 µg) mediante electroforesis en SDS-PAGE y posteriormente se transfirieron a membranas de PVDF. Las membranas se bloquearon con leche descremada al 5 % y se incubaron con los anticuerpos primarios durante la noche a 4 °C. Después del lavado, las membranas se incubaron con los anticuerpos secundarios correspondientes y las bandas proteicas se visualizaron mediante un sistema de detección de quimioluminiscencia mejorado.
Para la detección de proteínas, los anticuerpos primarios incluyeron anti-SASH1 y β-actina. Se utilizaron anticuerpos secundarios conjugados con peroxidasa de rábano picante (HRP) apropiados—anticuerpo secundario de cabra anti-conejo y anticuerpo secundario de cabra anti-ratón—. La β-actina se empleó como control interno de carga para asegurar una cantidad igual de proteína cargada. La intensidad de las bandas proteicas se midió y cuantificó mediante el software ImageJ.
Aislamiento de P-EXOS
Los P-EXOS se aislaron de tejido corial obtenido de vellosidades placentarias de placentas a término procedentes de mujeres sanas sometidas a cesárea electiva. El tejido corial se lavó exhaustivamente con PBS estéril y se picó en fragmentos de aproximadamente 1 mm3 fragmentos, y cultivados en medio RPMI-1640 suplementado con 10% de SFB agotado de exosomas a 37 °C en 5% CO2 durante 48 h. El medio condicionado se sometió a centrifugación diferencial de la siguiente manera: 300 × g durante 10 min para eliminar células y restos de tejido; 2.000 × g durante 20 min para eliminar restos celulares; y 10.000 × g durante 30 min para eliminar microvesículas, todo a 4 °C. El sobrenadante resultante se ultracentrifugó a 120.000 × g durante 70 min a 4 °C para sedimentar las exosomas. El sedimento se lavó una vez con PBS y se sometió nuevamente a ultracentrifugación a 120.000 × g durante 70 min a 4 °C. El pellet final se resuspendió en PBS. Los exosomas aislados se caracterizaron mediante análisis por inmunotransferencia para detectar marcadores de exosomas (PLAP, CD63 y TSG101, con GM130 como control negativo) y se examinaron además mediante microscopía electrónica de transmisión para la observación morfológica.
Experimento de captación celular de P-EXOS
Para confirmar la internalización celular de P-EXOS, los exosomas se marcaron fluorescentemente con el colorante lipofílico de membrana PKH67 según el protocolo del fabricante. En resumen, los P-EXOS se incubaron con PKH67 (4 µM) en Diluyente C durante 5 min a temperatura ambiente, y la reacción se detuvo con un volumen igual de albúmina de suero bovino (BSA) al 1%. Los exosomas marcados se reaislaron mediante ultracentrifugación (120.000 × g, 70 min, 4 °C) para eliminar el colorante no unido. Posteriormente, se añadieron P-EXOS marcados con PKH67 (50 µg/mL) a células HTR-8/SVneo y se co-incubaron durante 24 h en condiciones normóxicas o hipóxicas (1% O₂). Las células se lavaron posteriormente tres veces con PBS, se fijaron con paraformaldehído al 4% durante 15 min y los núcleos se contratinjeron con DAPI (1 µg/mL). La internalización de los exosomas marcados con PKH67 se visualizó mediante microscopía confocal de barrido láser (CLSM; excitación 490 nm, emisión 502 nm). Para experimentos funcionales de co-cultivo, las células HTR-8/SVneo se trataron con P-EXOS a una concentración de 50 µg/mL (equivalente de proteína) en medio RPMI-1640 completo suplementado con 10% de SFB agotado de exosomas, bajo condiciones hipóxicas (1% O₂) durante 24 h.
Ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA)
Se recogieron los sobrenadantes de cultivo celular y se midieron los niveles de IL-6, IL-1β y TNF-α mediante el kit de ELISA para IL-6, el kit de ELISA para IL-1β y el kit de ELISA para TNF-α, respectivamente, según las instrucciones del fabricante. Se midió la absorbancia a 450 nm utilizando un lector de microplacas, y las concentraciones reales se calcularon a partir de las curvas estándar.
Etiquetado de extremos rotos de dUTP mediado por TdT (TUNEL)
Las células apoptóticas se detectaron utilizando el kit de ensayo TUNEL según las instrucciones del fabricante. Brevemente, las células se fijaron con paraformaldehído al 4% durante 15 min a temperatura ambiente, se permeabilizaron con Triton X-100 al 0,1% en PBS durante 5 min en hielo, y se incubaron con la mezcla de reacción TUNEL durante 60 min a 37 °C en la oscuridad. Los núcleos se contratinjeron con DAPI, y las células TUNEL-positivas se visualizaron mediante microscopía de fluorescencia y se cuantificaron contando el porcentaje de células TUNEL-positivas en al menos cinco campos seleccionados aleatoriamente por muestra.
Análisis estadístico
Todos los datos se analizaron utilizando R y GraphPad Prism. Las variables continuas se presentan como media ±DE. Las comparaciones entre dos grupos se realizaron mediante la prueba t de Student, mientras que las comparaciones entre múltiples grupos se llevaron a cabo mediante ANOVA de un factor seguido de la prueba post hoc de Tukey. La significancia estadística para variables categóricas se evaluó mediante la prueba de chi-cuadrado o la prueba exacta de Fisher. A menos que se indique lo contrario, las correlaciones entre moléculas se calcularon utilizando el análisis de correlación de Spearman. Los experimentos de caracterización de exosomas se realizaron utilizando P-EXOS aislados de tres donantes placentarios independientes. Los experimentos con células se realizaron en tres réplicas biológicas independientes, representando experimentos independientes realizados en ocasiones diferentes con células HTR-8/SVneo de diferentes pasajes, utilizando en cada réplica P-EXOS aislados de un donante placentario diferente. Se consideró estadísticamente significativo un valor de p < 0,05.