המחקר הנוכחי זיהה מנגנון ייחודי שבאמצעותו סלידרוסיד מפעיל השפעות הגנה מיטוכונדריאליות על תאי HT22 היפוקסיים, בין השאר באמצעות מסלול AMPK/Sirt1/HIF-1α.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר מחקר
המחקר הנוכחי זיהה מנגנון ייחודי שבאמצעותו סלידרוסיד מפעיל השפעות הגנה מיטוכונדריאליות על תאי HT22 היפוקסיים, בין השאר באמצעות מסלול AMPK/Sirt1/HIF-1α.
נמצא כי להלידרוזיד (Sal), מרכיב פעיל של Rhodiola crenulata (Hook. f. et Thoms.) נמצא כי H. Ohba מפעיל השפעות מגנות על המיטוכונדריה על-ידי שיפור חילוף החומרים ושיפור אספקת האנרגיה של תאי המוח בתנאים היפוקסיים. עם זאת, מנגנון הפעולה שלו לא הובהר במלואו. במחקר הנוכחי, נעשה שימוש לראשונה בכרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים כדי לנתח את ההשפעות של Sal על רמות הנוקלאוטידים (ATP, ADP ו-AMP). בדיקת ההסטה התרמית התאית (CETSA), שיטת אינטראקציה מולקולרית בשימוש נרחב לאימות וכימות מעורבות מטרת תרופות בתאים ורקמות על פני מינים שונים, נבחרה לאחר מכן כדי לאשר את הזיקה של Sal לחלבונים הקשורים למסלול AMPK/Sirt1/HIF-1α. התוצאות חשפו כי Sal העלה את רמות ה-ATP וה-ADP בתאי HT22 היפוקסיים תוך הפחתת רמות ה-AMP. יתר על כן, Sal הפגין קשירה יציבה לחלבוני AMPKα, p-AMPKα, Sirt1 ו-HIF-1α. לסיכום, סאל עשוי להפעיל השפעות הגנה מיטוכונדריאליות על ידי אפנון מסלול AMPK/Sirt1/HIF-1α כדי לווסת את תכולת הנוקלאוטידים. מחקר זה מספק התייחסות מתודולוגית לניתוח תכולת נוקלאוטידים בדגימות תאים ותורם לזיהוי וגילוי מטרות לתרכובות שמקורן ברפואה הסינית המסורתית.
המוח רגיש מאוד לחמצן בשל הדרישות המטבוליות הגבוהות שלו, היכולת הגליקוליטית המוגבלת והתלות בזרחון חמצוני. כתוצאה מכך, חשיפה לסביבה דלת חמצן בגבהים גבוהים עלולה להוביל בקלות לפגיעה מוחית היפוברית (HHBI)1,2. מחקרים אפידמיולוגיים מצביעים על כך שכאשר אנשים שאינם מתאקלמים בגבהים גבוהים עולים במהירות לאזורים גבוהים, שכיחות מחלת הרים חריפה יכולה להגיע עד 75%, עם שיעור תמותה של כ-1% במקרים קשים. יתר על כן, בהיעדר טיפול רפואי, שיעורי התמותה מבצקת מוחית או ריאתית בגובה רב יכולים להגיע עד 40%3,4.
HHBI מציג קשת רחבה של תסמינים קליניים. מקרים קלים עד בינוניים עשויים לכלול כאבי ראש, סחרחורת ואובדן זיכרון5, בעוד שמקרים חמורים עלולים לגרום לפגיעה קוגניטיבית, שינוי בהכרה ותוצאות שעלולות להיות קטלניות5. מניעה וטיפול ב-HHBI באזורים בגובה רב הפכו למוקד מרכזי של המחקר הרפואי. אסטרטגיות מניעה כוללות בעיקר אימונים אדפטיביים בסביבות גבוהות, כולל מנוחה מספקת, תזונה מאוזנת, תזונה נכונה ופעילות גופנית מתאימה 6,7. בנוסף, התערבויות פרמקולוגיות שמטרתן להגן על תאי המוח ולהקל על היפוקסיה מוחית נותרו מרכזיות במחקר הנוכחי של HHBI.
המיטוכונדריה משמשים כמרכזי ייצור האנרגיה העיקריים בתוך התאים, ומסנתזים אדנוזין טריפוספט (ATP) כדי לעמוד בדרישות האנרגיה התאית. בתנאים היפוקסיים, ייצור האנרגיה המיטוכונדריאלית יורד, מה שמוביל לירידה ברמות ה-ATP ולפגיעה בתפקוד התאים8. הפגיעה ההיפוקסית משבשת גם את הוויסות המיטוכונדריאלי של הומאוסטזיס Ca2+ ו-pH, ומעוררת אפופטוזיס ונמק 9,10. קיים קשר מחזק הדדי בין תפקוד לקוי של המיטוכונדריה לבין פגיעה מוחית היפוקסית. מצד אחד, פגיעה במיטוכונדריה הנגרמת על ידי היפוקסיה מחמירה את המחסור בחמצן על ידי הפחתה נוספת של חילוף החומרים באנרגיה תאית, ויוצרת מעגל קסמים. מצד שני, תפקוד לקוי של המיטוכונדריה מעלה את רמות ה-Ca2+ התוך-תאי, מפעיל מפלים אפופטוטיים ומוביל למוות תאי11. למרות שהמנגנונים העומדים בבסיס פגיעה מוחית היפוקסית נותרו מורכבים ולא מובנים במלואם, מחקרים רבים זיהו פגיעה בחילוף החומרים של אנרגיה מיטוכונדריאלית עצבית כגורם קריטי בפתוגנזה שלה12,13. לכן, חקירה נוספת של תפקוד המיטוכונדריה עשויה לספק תובנות חשובות לגבי מטרות טיפוליות פוטנציאליות לפגיעה מוחית היפוקסית.
סלידרוזיד (Sal) הוא מרכיב פעיל המופק מצמח המישור Rhodiola crenulata (Hook. f. et Thoms.) H. Ohba ונמצא בשימוש נרחב במוצרי בריאות מזון ותרופות14. הנוסחה המולקולרית של Sal היא C14H20O7, והיא ידועה גם בשם 2-(4-hydroxyphenyl)-ethyl β-D-glucopyranoside. יש לו תכונות פרמקולוגיות מגוונות, כולל אנטי היפוקסיה, נוגד חמצון, אנטי עייפות, אנטי גידולים, אימונומודולטוריים, אנטי דלקתיים והשפעות הגנה קרדיווסקולריותוכלי דם מוחיים 15,16,17. בין אלה, השפעתו נגד היפוקסיה היא אחת המתועדות ביותר. מחקרים אחרונים הדגישו יותר ויותר את ההשפעות המגנות המיטוכונדריאליות המשמעותיות של Sal כמנגנון פוטנציאלי להשפעות המניעה והטיפוליות שלו על פגיעה מוחית הנגרמת על ידי מישור בעכברים14,18. עם זאת, המנגנונים המולקולריים המדויקים שבאמצעותם Sal משפיע על רמות ATP, ADP ו-AMP נותרו לא מובנים היטב.
חלבון קינאז המופעל על ידי AMP (AMPK) פועל כחיישן אנרגיה מרכזי המסייע בשמירה על הומאוסטזיס של אנרגיה תאית. הפעלת AMPK מגרה את Sirtuin 1 (Sirt1), מה שמוביל לעלייה ברמות NAD+ תוך-תאיות19. מחקרים הראו כי Sirt1 יכול לווסת את גורם 1-אלפא המעורר היפוקסיה (HIF-1α) כדי לתאם את התגובה התאית להיפוקסיה20. מחקרים קודמים הראו כי Sal מעכב את פתיחת נקבוביות המעבר של חדירות המיטוכונדריה העצבית, מווסת תהליכי אנרגיה מיטוכונדריאלית בתיווך HIF-1α, מחליש אפופטוזיס עצבי ושומר על שלמות מחסום הדם-מוח, ובכך מגן על חולדות מפני פגיעה מוחית הנגרמת על ידי מישור14,21. עם זאת, ההשפעה של Sal על ATP והמטבוליטים שלו, ADP ו-AMP, נותרה לא ודאית.
כדי לחקור זאת, נעשה שימוש לראשונה בכרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (HPLC) כדי לכמת את הרמות של שלושת הנוקלאוטידים הללו. בנוסף, נעשה שימוש בבדיקת השינוי התרמי התאי (CETSA), טכניקה ביופיזיקלית בשימוש נרחב שהוצגה בשנת 2013 כדי לחקור אינטראקציות ליגנד-חלבון בתאים שלמים22. שיטה זו מיושמת בדרך כלל כדי לאמת ולכמת את מעורבות מטרת התרופה בתאים וברקמות על פני מינים שונים. באופן ספציפי, לאחר דגירה משותפת של תאי מטרה עם התרופה בטמפרטורות משתנות למשך זמן מוגדר, החלבון הקשור לתרופה מפגין יציבות תרמית מוגברת, מה שהופך אותו פחות נוטה לדנטורציה ומשקעים. החלבונים הלא קשורים המשקעים מוסרים לאחר מכן באמצעות צנטריפוגה, ואינטראקציות בין תרופות למטרה מזוהות לאחר מכן באמצעות ניתוח כתמים מערביים של הסופרנטנט22. כדי לזהות מטרות מולקולריות פוטנציאליות של Sal, CETSA נבחרה כדי להעריך את זיקת הקישור שלה לחלבונים הקשורים למסלול AMPK/Sirt1/HIF-1α.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרטים המסחריים של הריאגנטים והציוד המשמש במחקר זה מסופקים בטבלת החומרים.
1. הכנת פתרון
2. תרבית תאים
הערה: תרבית תאים HT22 ומודל ההיפוקסיה המגורה CoCl2 הוקמו על פי דוח קודם21.
3. בדיקת תוכן נוקלאוטידים (ATP, ADP ו-AMP)
4. בדיקת הסטה תרמית סלולרית (CETSA)
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
העקומות הסטנדרטיות עבור ATP, ADP ו-AMP שזוהו על ידי HPLC היו Y = 7006.5X - 222.99, Y = 5217.3X - 17.796 ו-Y = 9280.1X + 22.749, בהתאמה (איור 1A-C). תכולת הנוקלאוטידים שנמדדה בכל קבוצה על ידי HPLC חושבה באמצעות העקומות הסטנדרטיות (איור 1D-I). נמצא כי CoCl2 הפחית משמעותית את רמות ה-ATP וה-ADP בתאי HT22 בהשוואה לקבוצת הביקורת (P < 0.01, איור 1J,K...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מיטוכונדריה הם אברוני מפתח המעורבים במניעה טיפולית של HHBI 23,24,25. מחקרים קודמים של הקבוצה אישרו כי Sal מווסת את ביטוי החלבונים AMPK, Sirt1 ו-HIF-1α, משפר את תפקוד המיטוכונדריה העצבי ומגן מפני HHBI21,24. עם זאת, ההשפעה הישירה של Sal על נוקלאוטידים בתאים היפוקסיים דורשת חקירה נוספת. בנוסף, הערכת פוטנציאל הקישור של תרכובות וחלבונים בתנאי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82274207 ו-82474185), מחלקת המדע והטכנולוגיה של מחוז סצ'ואן (2024NSFSC1845), קרן המדע לנוער של מחלקת המדע והטכנולוגיה של מחוז סצ'ואן (2023NSFSC1776), תוכנית המחקר והפיתוח המרכזית של נינגשיה (2023BEG02012), פרויקט התמיכה בכישרונות נוער של האגודה הסינית לרפואה סינית לשנים 2024-2026 (2024-QNRC2-B07) ומחקר שינגלין פרויקט קידום של אוניברסיטת צ'נגדו לרפואה סינית מסורתית (XKTD2022013 ו-QJJJ2024027).
תרומת המחבר:
שיאובו וואנג, יאטינג ג'אנג, יה הו, רוי לי ושיאנלי מנג הגו את הפרויקט הזה. יטינג ג'אנג, יה הו וטינגטינג קואנג ביצעו את הניסויים וניתחו את הנתונים. יאטינג ג'אנג והונג ג'יאנג כתבו את כתב היד. שיאובו וואנג ושיאנלי מנג תיקנו את כתב היד. כל המחברים קראו ואישרו את כתב היד הסופי.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| אצטוניטריל | אלאדין | A104440 | |
| 0.22 ומיקרו; m קרום מימי | Jinteng | JTMF0445 | |
| 0.22 ומיקרו; m קרום מסנן מיקרופורי מסוג מחט | Jinteng | JTSFM013001 | |
| 0.45 ומיקרו; m ממברנה אורגנית | Jinteng | JTMF0448 | |
| תוכנת Agilent OpenLab | Agilent | גרסה 2.X | |
| נוגדן-AMPKα | טכנולוגיית איתות תאים | #2532 | |
| נוגדן-HIF-1 ואלפא; | טכנולוגיית איתות תאים | #41560 | |
| נוגדן-p-AMPK ואלפא; | טכנולוגיית איתות תאים | #50081 | |
| איתות תאים | נוגדן-Sirt1 | 2028 | |
| איתות תאים | נוגדנים-ובטא;-אקטין | #4970 | |
| ערכת בדיקת ריכוז חלבון | BCA Boster Biological Technology | 17E17B46 | |
| אלבומין סרום בקר | Cywin Innovation (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. | SW127-02 | |
| מעכב פוספטאז רחב ספקטרום (100 פעמים;) | Boster Biological Technology | AR1183 | |
| עמודה כרומטוגרפית | Agilent | SB-C18 | |
| CoCl2 | Sigma | 15862 | |
| שייקר דה-קולוריזציה | Kylin-Bell | TS-2 | |
| Dorsomorphin | MedChemExpress (MCE) | HY-13418A | |
| הנשר השונה של דולבקו בינוני | Gibco | 8121587 | |
| מאגר אלקטרופורזה | NCM Biotech | 20230801 | |
| סרום בקר עוברי | Gibco | 2166090RP | |
| עז נגד ארנב IgG H& L (TRITC) | ZenBioScience Co., Ltd. | ||
| 511202 תוכנת GraphPad Prism | תוכנת GraphPad, LLC | גרסה 9.0.0 | |
| כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים | Agilent | 1260 Infinity II Prime | |
| צנטריפוגה מקוררת במהירות גבוהה | תרמו פישר אגדה מדעית | מיקרו 17R | |
| HRP מצומד affinipure עז אנטי-ארנב IgG (H + L) | Boster ביולוגי טכנולוגיה ושות', בע"מ | BA1054 | |
| HT22 תאים | גואנגג'ואו ג'ניו ביוטק ושות', בע"מ | JNO-02001 | |
| ערכת כימילומינסנציה ECL רגישה במיוחד | NCM Biotech | P10300 | |
| Image J תוכנה | המכונים הלאומיים לבריאות | v1.8.0 | |
| מכשיר בקרת טמפרטורת חימום מתכת | Baiwan Electronictechnology Co., Ltd. | HG221-X3 | |
| מתנול | אלאדין | M116118 | |
| נוקלאוטיד (ATP, ADP ו-AMP) | בייג'ינג Solarbio Science & טכנולוגיה ושות', בע"מ | BC5114 | |
| PAGE ערכת הכנה מהירה לג'ל | Biosharp | PL566B-5 | |
| פניצילין-סטרפטומיצין | NCM Biotech | C125C5 | |
| פוספט חוצץ מלח (1&) | Gibco | 8120485 | |
| סמן חלבון צבעוני מוכתם מראש (10-180 kDa) | Cywin Innovation (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. | SW176-02 | |
| מאגר טעינת חלבון (5x) | Boster Biological Technology | AR1112 | |
| PVDF (0.45 μ מ) | Cywin Innovation (בייג'ינג) ביוטכנולוגיה ושות', בע"מ | SW120-01 | |
| פתרון העברת ממברנה מהירה | Cywin Innovation (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. | SW171-02 | |
| RIPA ליזאט | בוסטר טכנולוגיה ביולוגית ושות', בע"מ | AR0105 | |
| Salidroside | צ'נגדו Herbpurify ושות', בע"מ | מאגר RFS-H0400191102 | |
| TBS | NCM Biotech | 23HA0102 | |
| מאגר טרנסממברני | NCM Biotech | 23CA2000 | |
| טריפסין (0.25%, 1&) | HyClone | J210045 | |
| Tween 20 | שנחאי Canspec מכשירים מדעיים ושות', בע"מ | ||
| מכשיר שיבוש תאים אולטרסאונד | Ningbo Xinyi ציוד קולי ושות', בע"מ | JY92-IIDN | |
| מערכת הדמיה Visionworks | Analytik Jena | UVP ChemStudio | |
| מערבל מערבולת | Kylin-Bell | XW-80A |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מאמר זה פורסם
הסרטון יגיע בקרוב