이 프로토콜은 생물정보학 분석 및 실험적 검증을 통해 심근 허혈-재관류 손상과 관련된 몇 가지 새로운 디설피듀토시스 관련 감별 유전자를 식별하는 방법을 설명합니다.
방법 논문
이 프로토콜은 생물정보학 분석 및 실험적 검증을 통해 심근 허혈-재관류 손상과 관련된 몇 가지 새로운 디설피듀토시스 관련 감별 유전자를 식별하는 방법을 설명합니다.
심근 허혈-재관류 손상(MIRI)은 허혈로 인한 손상 후 심장 조직 혈류를 회복하는 과정에서 발생하는 추가 손상입니다. MIRI는 심근경색 후 재관류의 효능과 단기 및 장기 예후에 심각한 영향을 미칩니다. 현재로서는 MIRI의 메커니즘이 완전히 명확하지 않습니다. 디설피뎁토시스는 새로운 세포 사멸 방식이며, MIRI와 디설피뎁토시스 관련 유전자(DRG) 발현 사이의 관계는 아직 불분명합니다. 첫째, 본 연구는 생물정보학 분석을 통해 MIRI에서 이설피뎁토시스와 관련된 차등적으로 발현된 유전자를 탐구합니다. 둘째, MIRI의 랫트 모델을 구축하여 DRG를 추가로 검출했습니다. 이 연구는 Myh9, SLC7A11, SLC3A2, Myh7b, ACTB, FLNB, Actn1, Actn4, Flnc, Dbn1 및 Pdlim1을 포함한 12개의 관련 유전자를 확인했습니다. MIRI를 가진 쥐의 심근 조직은 명백한 병리학적 손상과 세포사멸 사건을 보여줍니다. 면역조직화학(immunohistochemistry)의 결과는 MIRI 자극이 심근 조직에서 GLUT1 단백질의 발현을 증가시키지만 F-actin 단백질의 발현을 제한하는 것으로 나타났습니다. 또한 3개 단백질의 발현에서 상당한 차이는 외부 데이터 세트와 MIRI 쥐 모델을 사용하여 검증되었습니다. 이 연구는 DRG가 MIRI에서 유의미한 예측 가치를 가짐을 입증하여 MIRI의 바이오마커 및 잠재적 치료 표적을 탐색하기 위한 새로운 전망을 제공했습니다.
급성 심근경색(AMI)은 심각한 심혈관 질환이며 전 세계적으로 주요 사망 원인으로 남아 있습니다. 경피적 관상동맥 중재술은 AMI 환자의 사망률을 유의하게 감소시켰다1. 그러나 심근 혈액 공급을 회복하기 위한 재관류 요법은 일련의 불리한 병리학적, 생리학적 반응을 동반합니다. 이러한 과정은 경색 크기 증가, 심근 세포 사멸, 심실 부정맥 지속, 돌연사2를 초래할 수 있습니다. 심근 허혈-재관류 손상(MIRI)은 사이토카인, 케모카인, 성장 인자, 산화 스트레스 및 칼슘 과부하와 같은 요인의 영향을 받는 복잡한 심혈관 질환입니다3. MIRI를 완화하는 것은 여전히 중요한 과제입니다.
최근 디설피뎁토시스는 NADPH+ 고갈로 인한 세포 내 시스테인을 포함한 이황화물의 과도한 축적으로 인해 세포골격 액틴 네트워크의 급격한 붕괴를 특징으로 하는 새로운 형태의 세포 사멸로 부상했습니다. 과도한 이황화물 축적은 세포골격 단백질 간의 이황화 결합을 방해하여 액틴 이동과 세포 사멸을 유발합니다 4,5. 세포사멸(apoptosis), 괴사(necrosis), 파이롭토시스(pyroptosis) 및 페롭토시스(ferroptosis)와 같이 이전에 보고된 형태의 세포 사멸과 달리, 디설피뎁토시스는 세포 내 이황화물의 과도한 응집에 의해 시작되며 다른 세포 사멸 경로의 특정 억제제에 의해 길항되지 않습니다. 독특한 세포 사멸로, 증거에 따르면 세포 포도당 결핍으로 유발된 SLC7A11 과발현은 이술피결소증을 유발할 수 있습니다4. MIRI 후 불충분한 인슐린 분비는 저혈당증과 그에 따른 이황화증을 유발할 수 있으며, 이는 심근 세포에 추가 손상을 유발할 수 있으며 MIRI5의 새로운 메커니즘 중 하나일 수 있습니다.
이 연구의 주요 목표는 GEO(Gene Expression Omnibus)와 같은 포괄적인 유전자 발현 데이터베이스를 활용하여 정상 샘플과 MIRI 샘플 간의 차등 유전자 발현을 분석하는 것이었습니다. MIRI에서 차등 발현을 보이는 디설피뎁토증 관련 유전자(DRG)를 확인하기 위해 차등적으로 발현된 유전자와 디설피뎁토시스와 관련된 유전자 간의 교차 참조 분석을 수행했습니다. 주요 유전자를 식별하기 위해 머신 러닝 알고리즘을 사용했으며, 동물 모델을 사용하여 선택된 차등 유전자의 발현 패턴을 검증했습니다. 이 접근법은 MIRI의 발병과 진행의 기저에 있는 잠재적 메커니즘에 대한 더 깊은 이해를 얻기 위한 새로운 관점을 제공합니다. 이 연구의 주요 초점은 MIRI 내의 새로운 세포 사멸 메커니즘을 조사하고, 관련 감별 유전자를 밝히고, 이러한 결과를 검증하기 위한 예비 실험을 수행하는 것이었습니다. 궁극적인 목표는 이 새로운 세포 사멸 메커니즘을 기반으로 MIRI를 완화하기 위한 새로운 치료 표적을 식별하는 것이었습니다.
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이 연구를 위해 6-8주, 체중 180-220g의 Sprague-Dawley(SD) 수컷 쥐 9마리를 후베이 실험 동물 연구 센터[SCXK(Hubei) 20200018]에서 선택했습니다. 쥐는 1주일 동안 적응하기 위해 특정 병원체가 없는 동물 집에 보관되었으며, 12시간/12시간 명암 주기, 무료 음주 및 식사가 있었습니다. 본 연구는 쭌이의과대학 제3부속병원 동물윤리위원회의 승인을 받아 진행되었다(승인번호: (2016)-1-56). 모든 절차는 미국 국립보건원(National Institutes of Health)에서 발행한 실험실 동물의 관리 및 사용 가이드(Guide for the Care and Use of Laboratory Animals)에 요약된 권장 사항에 따라 수행되었습니다. 이용되는 동물의 수를 최소화하고 그들의 고통을 완화하기 위해 엄격한 조치가 시행되었습니다.
1. MIRI 및 디설피뎁토시스와 관련된 유전자의 차등 발현 분석
참고: 문헌 보고서6에 따라 디설피뎁토시스와 관련된 유전자를 스크리닝하기 위해 GSE214122라는 이름의 MIRI의 RNA 염기서열 분석 데이터를 선택했습니다.
2. 쥐 MIRI 모델의 구성
3. 수확 심장 조직3
4. Hematoxylin-eosin(H&E) 염색
5. TUNEL 분석
6. 면역조직화학 염색
7. 웨스턴 블롯 감지
참고: 용해 완충액 및 프로테아제 억제제는 BCA 단백질 정량화 키트에 포함되었습니다( 재료 표 참조).
8. 통계 분석
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MIRI에서 DRG 스크리닝
Gene Expression Omnibus의 GSE214122 데이터 세트에는 3개의 가짜 샘플 데이터와 3개의 MIRI 샘플 데이터가 포함되어 있습니다. R의 DESeq2 패키지를 사용하여 MIRI와 가짜 샘플 간에 1233개의 차등 발현 유전자(DEG)를 식별했습니다. |log2FC|>2 및 FDR<0.05를 기반으로 R의 치트맵 패키지를 사용하여 417개의 유의하게 다른 유전자를 추가로 선택했습니다(그림 1A). 그런 다음 이러한 1233 DEG와 106 DRG 사이의 15 개의 교차 유전자가 그림 1B에 제시되었습니다. 다르게 표현된 15개의 DRG는 그림 1C와 같이 화산 지도에 12개의 DRG가 표시되어 화산 플롯에 추가로 주석이 달렸습니다. 그런 다음 15개의 DRG에 대한 PPI 네...
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디설피뎁토시스는 세포 모양과 생존력을 유지하는 데 필수적인 중요한 세포 구조인 액틴 세포골격(actin cytoskeleton)과 밀접한 관련이 있습니다. 액틴 필라멘트로 구성된 액틴 세포골격은 전체적인 세포 모양과 구조를 부여합니다. F-액틴은 세포 골격의 마커 역할을 하며, 포도당 결핍 상태에서는 이황화 결합이 크게 증가하여 F-액틴의 하향 조절로 이어집니다. 이 현상은 주로 액틴 세포골격(actin cytoskeleton) 및 세포 부착(cell adhesion)과 관련된 과정 및 경로에 영향을 미친다10,11.
포도당 대사의 맥락에서 포도당 수송체(GLUT)는 포도당의 동적 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. GLUT1은 가장 초기에 발견된 GLUT 계열 중 하나로, 조직 분포가 널리 퍼져 있는 포도당...
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이 연구는 구이저우성 과학기술국(Qiankehe [2022]-583)과 구이저우성 한의약국(QZYY-2016-019)의 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 75% 알코올 | Hunan Tongruijian Pharmaceutical Co. Ltd., Hunan, China | 85026 | |
| 6-0 나일론 봉합 | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Supplies Co. Ltd., Shanghai, China | CS002 | |
| BCA 단백질 정량화 키트 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0011 | |
| Bull serum albumin | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | ST2254 | |
| 원심분리기 | Hunan Kaida Scientific Instrument Co. Ltd., Hunan, China | KH19A | |
| DAB 양고추냉이 과산화효소 발색 키트 | Beyotime Biotechnology, 상하이, 중국 | P0203 | |
| DAPI 염색 솔루션 | Beyotime Biotechnology, 상하이, 중국 | C1006 | |
| DESeq2 패키지 | 버전 4.1 | ||
| 전기 면도기 | Kelmerpp | 235376 | |
| Enhanced endogenous peroxidase blocking buffer | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0100B | |
| 여과지 | Nanjing Keruicai Equipment Co., Ltd., Nanjing, China | 1.00049E+11 | |
| 형광 현미경 | Nikon | ECLIPSE Ci | |
| GEO 데이터베이스 | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ | ||
| 유리 분쇄기 | Shanghai Leigu Instrument Co. Ltd., Shanghai, China | B-013002 | |
| GraphPad Prism | GraphPad 소프트웨어 | V8.0 | |
| Hematoxylin 및 eosin 염색 키트 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0105M | |
| Image J 소프트웨어 | National Institutes of Health, Bethesda, USA | v1.8.0 | |
| Improved citrate antigen retrieval solution (50X) | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0083 | |
| Iodophor | Folca, Shenzhen, China | 1.00077E+11 | |
| 광학 현미경 | Nikon | ECLIPSE Ci | |
| Phosphate 버퍼 솔루션 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0221A | |
| Proteintech Group, Inc, Wuhan, China | 대한 1차 항체 | 21829-1-AP | |
| MYH9 | Proteintech Group, Inc, Wuhan, China | 11128-1-AP | |
| SLC3A2에 대한 1차 항체 | Wuhan Lingsi Biotechnology Co., Ltd., Wuhan, China | LJS-D-7468 | |
| SLC7A11 | Proteintech Group, Inc, Wuhan, China | 26864-1-AP | |
| 단백질 시각화 기기 | Thermo Fisher Scientific Inc. | iBright CL750 | |
| 쥐 보드 | Zhengzhou Haopai Biotechnology Co. Ltd., Zhengzhou, China | JPB-E | |
| 메스 | Shanghai Lianhui Medical Supplies Co., Ltd., Shanghai, China | 1.00471E+13 | |
| 2차 항체 | Wuhan Boster Biological Technology, Ltd., Wuhan, China | BA1054 | |
| STRING 데이터베이스 | https://cn.string-db.org/ | 버전 12.0 | |
| Triton X-100 | Beyotime Biotechnology, 중국 상하이 | ST1722 | |
| TUNEL 세포사멸 검출 키트 | Proteintech Group, Inc., 중국 우한, PF00009 |
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