Il protocollo descrive l'identificazione di diversi nuovi geni differenziali correlati alla disulfideptosi associati al danno da ischemia-riperfusione miocardica mediante analisi bioinformatica e validazione sperimentale.
Articolo metodologico
Il protocollo descrive l'identificazione di diversi nuovi geni differenziali correlati alla disulfideptosi associati al danno da ischemia-riperfusione miocardica mediante analisi bioinformatica e validazione sperimentale.
Il danno da ischemia-riperfusione miocardica (MIRI) è una lesione aggiuntiva che si verifica durante il processo di ripristino del flusso sanguigno del tessuto cardiaco dopo un danno indotto dall'ischemia. La MIRI influisce seriamente sull'efficacia e sulla prognosi a breve e lungo termine della riperfusione dopo infarto del miocardio. Al momento, il meccanismo di MIRI non è del tutto chiaro. La disulfideptosi è una nuova modalità di morte cellulare e la relazione tra MIRI ed espressione dei geni correlati alla disulfideptosi (DRG) non è ancora chiara. In primo luogo, questo studio esplora i geni differenzialmente espressi associati alla disulfideptosi nella MIRI attraverso l'analisi bioinformatica. In secondo luogo, costruendo un modello di ratto di MIRI, i DRG sono stati ulteriormente rilevati. Questo studio ha identificato 12 geni correlati, tra cui Myh9, SLC7A11, SLC3A2, Myh7b, ACTB, FLNB, Actn1, Actn4, Flnc, Dbn1 e Pdlim1. Il tessuto miocardico dei ratti con MIRI mostra evidenti danni patologici ed eventi di apoptosi. I risultati dell'immunoistochimica hanno indicato che la stimolazione MIRI aumenta l'espressione della proteina GLUT1 nel tessuto miocardico, ma limita l'espressione della proteina F-actina. Inoltre, sono state convalidate differenze significative nell'espressione di tre proteine utilizzando set di dati esterni e modelli di ratto MIRI. Questo studio ha dimostrato che i DRG avevano un valore predittivo significativo nella MIRI, fornendo nuove prospettive per l'esplorazione di biomarcatori e potenziali bersagli terapeutici della MIRI.
L'infarto miocardico acuto (IMA) è una grave condizione cardiovascolare e rimane una delle principali cause globali di mortalità. L'intervento coronarico percutaneo ha ridotto significativamente i tassi di mortalità nei pazienti con infarto miocardicomiocardico 1. Tuttavia, la terapia di riperfusione volta a ripristinare l'afflusso di sangue al miocardio è accompagnata da una serie di risposte patologiche e fisiologiche avverse. Questi processi possono provocare un aumento delle dimensioni dell'infarto, la morte delle cellule miocardiche, aritmie ventricolari sostenute e morte improvvisa2. Il danno da ischemia-riperfusione miocardica (MIRI) è una condizione cardiovascolare complessa influenzata da fattori quali citochine, chemochine, fattori di crescita, stress ossidativo e sovraccarico di calcio3. La mitigazione della MIRI rimane una sfida significativa.
Recentemente, la disulfideptosi è emersa come una nuova forma di morte cellulare caratterizzata da un rapido collasso della rete di actina citoscheletrica a causa di un eccessivo accumulo di disolfuri, inclusa la cisteina, all'interno delle cellule, derivante dalla deplezione di NADPH+. L'eccessivo accumulo di disolfuro interrompe i legami disolfuro tra le proteine del citoscheletro, portando alla migrazione dell'actina e alla morte cellulare 4,5. A differenza delle forme di morte cellulare precedentemente riportate come l'apoptosi, la necrosi, la piroptosi e la ferroptosi, la disulfideptosi è iniziata dall'eccessiva aggregazione di disolfuri intracellulari e non è antagonizzata da inibitori specifici di altre vie di morte cellulare. Come morte cellulare distintiva, l'evidenza ha indicato che l'eccessiva espressione di SLC7A11 evocata dalla carenza di glucosio cellulare può innescare la disulfidptosi4. Dopo la MIRI, un'insufficiente secrezione di insulina può indurre ipoglicemia e successiva disulfidptosi, che può causare ulteriori danni alle cellule miocardiche e può essere uno dei nuovi meccanismi della MIRI5.
In questo studio, l'obiettivo principale era quello di utilizzare database completi di espressione genica, come il Gene Expression Omnibus (GEO), per analizzare l'espressione genica differenziale tra campioni normali e MIRI. Abbiamo condotto un'analisi cross-referenziale tra geni differenzialmente espressi e geni associati a disulfideptosi, con l'obiettivo di identificare geni correlati alla disulfideptosi (DRGs) che mostrano espressione differenziale in MIRI. Sono stati impiegati algoritmi di apprendimento automatico per identificare i geni chiave e abbiamo convalidato i modelli di espressione dei geni differenziali selezionati di interesse utilizzando un modello animale. Questo approccio fornisce una nuova prospettiva per ottenere una comprensione più profonda dei potenziali meccanismi alla base dell'insorgenza e della progressione della MIRI. L'obiettivo principale di questa ricerca è stato quello di studiare un nuovo meccanismo di morte cellulare all'interno di MIRI, scoprire geni differenziali associati e condurre esperimenti preliminari per convalidare questi risultati. L'obiettivo finale era quello di identificare nuovi bersagli terapeutici per mitigare la MIRI sulla base di questo meccanismo emergente di morte cellulare.
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Per questo studio, nove ratti maschi di Sprague-Dawley (SD), di età compresa tra 6 e 8 settimane e del peso di 180-220 g, sono stati selezionati dall'Hubei Experimental Animal Research Center [SCXK (Hubei) 20200018]. I ratti sono stati tenuti in stalle per animali privi di agenti patogeni specifici per acclimatarsi per 1 settimana, con un ciclo di luce e buio di 12 ore/12 ore, bevendo e mangiando liberamente. L'attuale studio è stato condotto con l'approvazione del Comitato Etico Animale del Terzo Ospedale Affiliato dell'Università di Medicina di Zunyi (numero di approvazione: (2016)-1-56). Tutte le procedure sono state eseguite in conformità con le raccomandazioni delineate nella Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio pubblicata dal National Institutes of Health degli Stati Uniti. Sono state implementate misure rigorose per ridurre al minimo il numero di animali utilizzati e per mitigare le loro sofferenze.
1. Analisi dell'espressione differenziale di geni correlati a MIRI e disulfideptosi
NOTA: I dati di sequenziamento dell'RNA di MIRI denominati GSE214122 sono stati selezionati per lo screening dei geni associati alla disulfideptosi secondo il rapportodi letteratura 6.
2. Costruzione del modello MIRI del ratto
3. Raccogliere il tessuto cardiaco3
4. Colorazione con ematossilina-eosina (H&E)
5. Saggio TUNEL
6. Colorazione immunoistochimica
7. Rilevamento di Western blot
NOTA: Il tampone di lisi e l'inibitore della proteasi sono stati inclusi in un kit di quantificazione della proteina BCA (vedi Tabella dei materiali).
8. Analisi statistica
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Screening dei DRG in MIRI
Il set di dati GSE214122 di Gene Expression Omnibus includeva tre campioni fittizi e tre dati MIRI. Utilizzando il pacchetto DESeq2 in R, sono stati identificati 1233 geni differenzialmente espressi (DEG) tra MIRI e campioni fittizi. Sulla base di |log2FC|>2 e FDR<0.05, 417 geni significativamente diversi sono stati ulteriormente selezionati utilizzando il pacchetto pheatmap di R (Figura 1A). Quindi, nella Figura 1B
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La disulfideptosi è strettamente associata al citoscheletro di actina, una struttura cellulare critica essenziale per mantenere la forma e la vitalità delle cellule. Composto da filamenti di actina, il citoscheletro di actina conferisce forma e struttura cellulare complessive. La F-actina funge da marcatore per il citoscheletro cellulare e, in condizioni di carenza di glucosio, i legami disolfuro aumentano in modo significativo, portando alla sottoregolazione della F-actina. Questo fenom...
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questa ricerca è stata sostenuta dall'Ufficio provinciale di scienza e tecnologia del Guizhou (Qiankehe [2022]-583) e dall'Amministrazione provinciale di medicina tradizionale cinese del Guizhou (QZYY-2016-019).
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 75% alcol | Hunan Tongruijian Pharmaceutical Co. Ltd., Hunan, Cina | 85026 | |
| 6-0 sutura in nylon | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Supplies Co. Ltd., Shanghai, Cina | CS002 | |
| Kit di quantificazione delle proteine BCA | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | P0011 | |
| Albumina sierica di toro | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | ST2254 | |
| Centrifuga | Hunan Kaida Scientific Instrument Co. Ltd., Hunan, Cina | KH19A | |
| DAB | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | P0203 | |
| DAPI | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | C1006 | |
| DESeq2 package | Versione 4.1 | ||
| Rasoio elettrico | Kelmerpp | 235376 | |
| tampone bloccante perossidasi endogena potenziato | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | P0100B | |
| Carta da filtro | Nanjing Keruicai Equipment Co., Ltd., Nanjing, Cina | 1.00049E+11 | |
| Microscopio a fluorescenza | Nikon | ECLIPSE Ci | |
| GEO database | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ | ||
| Smerigliatrice per vetro | Shanghai Leigu Instrument Co. Ltd., Shanghai, Cina | B-013002 | |
| GraphPad Prism | GraphPad Software | V8.0 | |
| Kit di colorazione ematossilina ed eosina | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | C0105M | |
| Image J software | National Institutes of Health, Bethesda, USA | v1.8.0 | |
| Soluzione migliorata per il recupero dell'antigene del citrato (50X) | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | P0083 | |
| Iodophor | Folca, Shenzhen, Cina | 1.00077E+11 | |
| Microscopio ottico | Nikon | ECLIPSE Ci | |
| Soluzione tampone fosfato | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | C0221A | |
| Anticorpi primari contro GLUT1 | Proteintech Group, Inc, Wuhan, Cina | 21829-1-AP | |
| Anticorpi primari contro MYH9 | Proteintech Group, Inc, Wuhan, Cina | 11128-1-AP | |
| Anticorpi primari contro SLC3A2 | Wuhan Lingsi Biotechnology Co., Ltd., Wuhan, Cina | LJS-D-7468 | |
| Anticorpi primari contro SLC7A11 | Proteintech Group, Inc, Wuhan, Cina | 26864-1-AP | |
| Strumento di visualizzazione delle proteine | Thermo Fisher Scientific Inc. | iBright CL750 | |
| Scheda per ratti | Zhengzhou Haopai Biotechnology Co. Ltd., Zhengzhou, Cina | JPB-E | |
| Bisturi | Shanghai Lianhui Medical Supplies Co., Ltd., Shanghai, Cina | 1.00471E + 13 | |
| Anticorpo secondario | Wuhan Boster Biological Technology, Ltd., Wuhan, Cina | BA1054 | |
| Database STRING | https://cn.string-db.org/ | Versione 12.0 | |
| Triton X-100 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, Cina | ST1722 | |
| Kit per il rilevamento dell'apoptosi TUNEL | Proteintech Group, Inc., Wuhan, Cina | PF00009 |
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