$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
이 연구는 인간 참가자나 임상 샘플이 포함되지 않아 윤리적 승인이 필요하지 않았습니다. 세포주를 이용한 모든 절차는 기관의 생물안전 지침과 규정에 따라 수행되었습니다. 본 연구에 사용된 전립선 상피 세포주는 인증된 상업 공급업체로부터 획득하였습니다.
참고: 이 연구에 사용된 모든 시약, 기기 및 소프트웨어는 재료표에 나열되어 있습니다. 이 연구의 흐름도는 그림 1에 제시되어 있습니다.
1. 활성 성분 선별
- TCMSP 데이터베이스에 접속하세요.
- 검색창에서 "허브 이름"을 선택하고 "황보"를 입력한 후 "검색"을 클릭하세요.
- "OB" 필터를 클릭하고 "≥30"을 설정한 후 적용하세요.
- "DL"을 클릭하고 "≥0.18"을 설정한 후 적용하세요.
- 필터링된 결과를 엑셀 스프레드시트에 복사하세요.
- "창주"의 활성 성분을 얻기 위해 동일한 선별 방법을 적용하세요.
- 모든 데이터셋을 Microsoft Excel(버전 2019)에 가져오고, 화합물 목록을 Excel 형식으로 병합하여 중복된 활성 성분을 제거하세요.
- 중복된 활성 성분을 제거하려면 화합물명을 표준화하고 동일한 항목을 식별합니다. 여러 기록이 동일한 복합체에 해당할 경우, 대표적인 항목은 단 하나만 남았습니다.
- "황보", "창주", 그리고 활성 성분 간의 연관성을 확립하세요.
2. 활성 성분에 대응하는 표적을 얻는다
- TCMSP 데이터베이스에 접속하세요.
- 검색창에서 "화학물질명"을 선택하고 활성 성분을 입력한 후 "검색"을 클릭하세요.
- 각 활성 성분에 해당하는 타겟 이름을 복사하세요.
- 중복된 타겟 이름을 제거하고 활성 성분과 타겟 이름 간의 연관성을 확립하세요.
- UniProt 데이터베이스 (https://www.uniprot.org/)18에 접속하여 각 타겟 이름의 공식 유전자 심볼을 찾아 체계적으로 교체합니다.
3. 질병 표적 획득
- GeneCards 데이터베이스 (https://www.genecards.org)19.
- 검색란에 "Prostatitis"를 입력하고 검색 아이콘을 누르면 관련 유전자 목록을 얻을 수 있습니다.
- 유전자를 관련성 점수에 따라 내림차순으로 정렬하세요.
- 관련 유전자를 엑셀 형식으로 내보내세요.
- 점수 ≥1을 받은 표적을 전립선염 관련 표적으로 선정하였습니다.
4. 약물-활성 성분-표적-질병 규제 네트워크 구축 준비
- 활성 성분과 전립선염 관련 표적 간의 교차점을 얻고, 이를 전립선염 치료를 위한 EMP 표적으로 정의합니다.
- 전립선염 EMP의 활성 성분과 치료 표적 간의 연관성을 확립합니다.
- "Network"라는 이름의 엑셀 파일을 만들고, 앞 세 열은 "Node1", "Node2", "Net"으로 명명되어 있습니다.
- EMP와 약물 간의 연관성을 "Node1"과 "Node2" 열에 붙여넣고, 모든 행의 "Net" 열에 "drug"를 입력하세요.
- 약물-활성 성분 연관성을 "Node1"과 "Node2" 열에 붙여넣고, 모든 행의 "Net" 열에 "ingredient"를 입력하세요.
- 전립선염 치료를 위한 EMP 표적의 활성 성분-표적 연관성을 "Node1"과 "Node2" 열에 채우고, "Net" 열에는 "target"을 입력합니다.
- 전립선염에 대한 EMP의 치료 표적을 "Node1" 열에 붙여넣고, 모든 행에 대해 "Node2" 열에 "prostatitis"를, "net" 열에 "disease"를 입력하세요.
- Excel 파일 "Network"를 txt 형식 파일로 저장하세요.
- "Type"이라는 이름의 엑셀 파일을 만들고, 첫 두 열은 "Node"와 "Type"으로 명명됩니다.
- "Node" 열에 "EMP"를, "Type" 열에 "formula"를 입력하세요.
- "Huangbo"와 "Cangzhu"를 "Node" 열에 입력합니다; 모든 행의 "Type" 열에 "drug"를 입력하세요.
- "노드" 열에 활성 성분을 입력하고, 해당 행의 "Type" 열에 "ingredient"를 입력하세요.
- "노드" 열에는 전립선염 EMP의 치료 표적을 채우고, "타겟"은 "유형" 열에 입력합니다.
- 전립선염 관련 표적은 "노드" 열에 입력하고, 모든 해당 행의 "유형" 열에는 "질병"을 입력하세요.
- Excel 파일 "Type"을 .txt 형식 파일로 저장하세요.
5. Cytoscape의 "약물-활성 성분-표적-질병" 규제 네트워크 시각화
- 사이토스케이프를 런칭하세요.
- "파일 > 파일 시스템에서 네트워크 가져오기"> "파일 시스템"에 가서 "network.txt" 파일을 열어보세요.
- "스타일" 패널을 열어보세요. "Shape"를 선택한 후 "Column" 드롭다운에서 "Type"을 선택한 후 "Mapping Type"을 "Discrete Mapping"으로 설정하세요.
- 다음 범주에 명확한 노드 모양을 할당합니다: 조제, 약, 성분, 표적, 질병.
- "채우기 색상"을 선택하고, "열" 드롭다운에서 "유형"을 선택한 후 "매핑 유형"을 "이산 매핑"으로 설정하세요.
- 다음 범주에 대해 각각 다른 노드 색상을 할당하세요: 조제, 약물, 성분, 표적, 질병.
- "높이"와 "너비"를 선택하고, "컬럼" 드롭다운에서 "유형"을 선택한 후 "매핑 유형"을 "이산 매핑"으로 설정하세요.
- 다음 범주에 대해 서로 다른 노드 크기를 할당합니다: 조제, 약물, 성분, 표적, 질병.
- "라벨 글꼴 크기"를 선택하고, "열" 드롭다운에서 "Type"을 선택한 후 "Mapping Type"을 "Discrete Mapping"으로 설정하세요.
- 다음 범주에 대해 별도의 라벨 글꼴 크기를 할당하세요: 분유, 약물, 성분, 표적, 질병.
- 네트워크 레이아웃을 최적화하기 위해 노드를 수동으로 재배치하세요.
- "파일 > 네트워크 이미지를 파일로 내보내기"> 네트워크를 이미지로 저장하세요.
6. PPI 네트워크 분석 및 시각화
- https://cn.string-db.org/ 에 접속해서 "다중 단백질" 모듈로 가세요.
- 검색 창에 목표 유전자 목록을 입력하고, 생물체로 "Homo sapiens"를 선택한 후 "Search"를 클릭하세요.
- 결과가 로드된 후 "계속"을 클릭하세요.
- "설정" 패널을 열고 "최소 필요 상호작용 점수"를 "높은 신뢰도(0.700)"로 설정한 뒤, "네트워크 내 연결 없는 노드 숨기기"를 체크하세요.
- "Update"를 클릭한 후, "내보내기" 메뉴를 통해 PPI 연관 데이터를 TSV 형식으로 내보내세요.
- Cytoscape를 실행하고 파일 메뉴로 이동한 후 "파일 시스템에서 네트워크 가져오기"를 선택해 TSV 파일을 열어보세요.
- "도구" 메뉴로 이동한 후 "NetworkAnalyzer > 네트워크 분석 > 네트워크 해석 > 네트워크는 방향성이 없다고 취급하기"를 선택하세요.
- "파일" 메뉴로 이동해 "테이블 내보내기" 시스템을 선택한 후 네트워크 데이터를 내보내세요.
- "스타일" 패널로 이동해 "Shape", "Fill Color", "Height", "Width" 속성을 설정하세요.
- 노드를 재배치하여 PPI 네트워크 레이아웃을 조정하세요.
- "파일" 메뉴로 이동해 "네트워크 이미지를 파일로 내보내기"를 선택한 후 시각화된 네트워크를 이미지로 내보내세요.
- WPS로 내보낸 PPI 네트워크 데이터를 열고 "Degree" 열로 내림차순으로 정렬하세요.
- 상위 20개의 정렬된 대상을 선택하고, 막대 차트를 생성한 후 차트를 이미지로 저장하세요.
7. KEGG 경로 농축 분석
- 터미널이나 명령 프롬프트를 열고 R을 입력한 후 Enter 키를 누르세요.
- R 콘솔에서 다음 명령어를 하나씩 실행하세요:
install.packages(c("RSQLite", "colorspace", "stringi", "BiocManager"))
BiocManager::install(c("org. Hs.eg.db", "DOSE", "clusterProfiler", "pathview"))
- 전립선염 치료를 위한 EMP 표적의 유전자 심볼을 org를 사용하여 Entrez ID로 변환합니다. Hs.eg.db.
- Entrez ID를 읽고 clusterProfiler 패키지를 사용하여 매개변수를 사용하여 KEGG 농축 분석을 수행합니다: 생물체 = "has", pvalueCutoff = 0.05, qvalueCutoff = 0.05.
- 얻은 KEGG 농축 분석 결과에서 인간 질병 및 대사 관련 경로를 제거한 후, 남은 경로는 농축된 유전자 수에 따라 정렬합니다.
- 상위 15위 신호 경로와 표적 간의 연관성을 확립하세요.
- "경로"와 "타겟" 연관이 있는 2열 파일을 준비한 후, "파일 > 파일에서 네트워크> 가져오기"를 통해 Cytoscape로 가져오세요.
- "스타일" 패널을 사용해 경로와 타겟을 구분할 수 있도록 노드 모양과 색상을 설정하세요.
- 레이아웃을 수동으로 조정하고 네트워크를 이미지로 내보내세요.
8. 의약품 제제
참고: EMP 제형은 Phellodendri Chinensis Cortex(황보) 15g과 Atractylodis Rhizoma(창주) 15g으로 구성되어 있습니다. 이후 세포 기반 실험에서 추출물을 얻기 위해 물 추출 및 알코올 침전 방법이 사용되었다20.
- 약물을 10배 크기의 물에 1시간 동안 담가세요.
- 1시간 동안 도장한 후 거즈를 통과시켜 도덕을 얻습니다.
- 다시 10배의 물을 첨가하고 30분간 건조한 후 거즈로 걸러내어 증제액을 얻으세요.
- 다시 10배 정도의 물을 첨가하고 30분간 건조한 후 거즈로 걸러내어 증액을 얻으세요.
- 세 가지 여과된 첨가물을 섞은 후, 필터 페이퍼로 혼합물을 걸러냅니다.
- 감압 하에서 원래의 10%까지 증축하세요.
- 농축액을 식히고, 천천히 75%까지 저으며 에탄올을 넣은 뒤, 밀봉하고 4°C에서 12시간 보관합니다.
- 혼합물을 원심분리하여 상원액을 수집합니다.
- 저압 상태에서 증류를 계속하세요.
- 마지막으로 진공 동결건조기를 사용해 제품을 동염합니다.
참고: 동건조 분말은 –20ºC에서 최대 3개월간 보관할 수 있어 안전한 휴식 지점 역할을 합니다. 다시 시작하자면, 필요에 따라 적절한 용매에서 가루를 재구성하세요.
9. 세포 해동 및 배양
참고: 구매한 세포는 드라이아이스에 의해 실험실에 전달되었습니다. 실험 시작 전, 케라티노사이트(K-SFM)는 인간 재조합 표피 성장 인자(rEGF)를 최종 농도인 5 ng/mL, 소 뇌하수체 추출물(최종 농도는 50 μg/mL), 그리고 1% 페니실린-스트렙토마이신을 보충하여 미리 준비했습니다.
- 물욕을 작동시키고 온도를 37°C로 조절하세요.
- 드라이아이스에서 세포를 꺼내 즉시 물욕에서 완전히 녹을 때까지 저어주세요.
- 세포에 5mL의 K-SFM을 추가하세요. 부드럽게 섞은 후 원심분리(4 °C, 500 × g, 5분)를 사용하세요.
- 상청액을 제거하고 펠릿을 완전한 K-SFM으로 재현탁합니다.
- 세포를 T-25 플라스크로 옮겨 세포 배양 인큐베이터에 넣으세요.
참고: 세포 배양 인큐베이터의 환경 조건은 37°C, 5% CO₂, ≥ 95% 상대습도로 유지되었습니다.
10. 세포 하층 배양
참고: 세포 합류 비율이 80–90%에 도달했을 때 서브컬처링이 수행되었으며, 아위배양 비율은 1:2에서 1:3이었습니다.
- 배양액 상액을 유도한 후, 칼슘과 마그네슘이 없는 PBS로 세포를 두 번 세척합니다.
- 2mL의 트립신-EDTA를 투여하고 세포를 3분간 방치시켜 효소 해리를 진행합니다.
주의: 이 프로토콜은 지지다당류(LPS), 클로로포름, 에탄올, TRIzol 시약 등 유해 시약의 사용을 포함합니다. 유해 화학물질이 관련된 모든 시술은 인증된 화학 연기구 후드에서 적절한 개인 보호 장비(실험복, 장갑, 안구 보호구)를 착용한 채 수행되어야 합니다. 생물학적 물질은 기관의 생물안전 지침에 따라 취급되어야 합니다.
- 소화를 종료하기 위해 10% 태아 소 혈청을 보충한 K-SFM 배지를 추가하세요.
- 세포 혼합물을 15 mL 원심분리관에 옮기고, 원심분리기(4 °C, 500 × g, 5분)로 옮긴 후 상청액을 제거합니다.
- 세포 펠릿은 완전한 K-SFM에 재현탁된 후 새로운 배양 플라스크로 옮겨졌습니다.
11. MTS 분석을 통한 최대 약물 처리 농도 결정
참고: 각 약물 농도는 5회의 기술 복제로 테스트되었습니다.
- 로그 성장기의 RWPE-1 세포를 소화합니다.
- 세포를 완전한 K-SFM 배지에 재현탁한 후, 셀 농도를 세기로 측정합니다.
- 완전한 K-SFM 배지를 사용하여 세포 현탁액을 1 ×10 5 cells/mL로 조절합니다.
- 셀 현탁액을 96웰 플레이트에 100 μL씩 분배합니다.
- 96웰 플레이트는 배양을 위해 세포 배양 인큐베이터에 넣었습니다.
- 24시간 후, 세포가 완전히 접착되면 배양지를 흡입하여 버렸습니다.
- 배지를 다른 농도의 EMP 용액을 포함한 완전한 K-SFM 배지로 교체하세요.
- 플레이트를 다시 세포 배양 인큐베이터에 넣어 24시간 더 배양하세요.
- 배지를 흡인한 후 PBS로 세포를 두 번 헹구세요.
- 각 웰에 100μL의 완전한 K-SFM 배지를 추가한 후, 플레이트를 세포 배양 인큐베이터에서 추가로 4시간 더 배양합니다.
- 각 웰에 10 μL MTS 용액을 분사하고, 1시간 인큐베이션 후 490 nm에서 OD를 측정합니다.
- 블랭크 대조군(LPS 자극이나 약물 처리 없이 완전 배양지에서 배양한 세포)을 기준선으로 사용하여 각 처리 농도별 세포 증식을 계산하였다.
참고: 세포 증식에 유의미한 영향을 미치지 않는 최고 농도는 고용량 치료로 정의되었고, 그 다음이 중간 용량 치료의 절반, 저용량 치료로 4분의 1 농도가 순이었습니다.
12. 세포 개입
- 로그 성장기의 RWPE-1 세포를 소화합니다.
- 세포들은 완전한 K-SFM 배지에 재현탁되었고, 세포 농도는 세포 계수로 결정되었습니다.
- 세포 현탁액은 완전한 K-SFM 배지를 사용하여 5 ×10 5 cells/mL의 밀도로 조정되었습니다.
- 세포 현탁액은 6웰 플레이트에 웰당 2mL로 시딩되었습니다.
- 플레이트는 배양 인큐베이터에 넣어 세포 부착을 위해 12시간 배양했습니다.
- 세포는 각각 저농도(150 μg/mL), 미디엄(300 μg/mL), 고용량(600 μg/mL) EMP 농도로 처리되었습니다.
- 1시간 후 배양액에 10 μg/mL의 LPS 용액을 첨가했습니다.
- 24시간 치료 후, 상정액을 수집하여 ELISA를 사용하고, 세포를 채취하여 RT-PCR 분석을 진행했습니다.
참고: LPS는 전립선 상피 세포에서 염증 유발 신호 경로를 활성화하는 확고한 능력 때문에 염증 반응을 유도하는 데 선택되었습니다; 농도(10 μg/mL)는 이전 연구에서 강력한 사이토카인 유도를 입증한 바탕으로 선택되었습니다.
13. 총 RNA 분리
참고: RNA 분해를 방지하기 위해 실험 과정 내내 장갑과 마스크를 착용했으며, RNase 프리 피펫 팁과 원심분리관을 사용했습니다.
- 중재 후에는 PBS로 세포를 두 번 세척하세요.
- 트리졸 시약 1mL를 세포에 첨가하고 피펫으로 반복해서 혼합하여 균질화를 보장합니다.
주의: 모든 절차를 적절한 개인 보호 장비를 착용한 채 화학 연기 후드에서 수행할 것.
- 용해물을 1.5mL 마이크로 원심분리관으로 옮겨 실온에서 15분간 배양합니다.
- 그 후 0.2mL의 클로로포름을 첨가하고 샘플을 강하게 소용돌이로 만듭니다.
- 실온에서 5분간 두었다가 10,000 × g 에서 4 °C에서 15분간 원심분리합니다.
- 원심분리 후에는 상부 무색 수상을 조심스럽게 신선한 마이크로 원심분리관으로 옮기세요.
- 같은 부피의 미리 냉각된 이소프로판올을 넣고 충분히 섞은 후 실온에서 10분간 배양합니다.
- 샘플을 다시 원심분리(4 °C, 10,000 × g, 10분)한 후 액체 상을 버리고 침전물을 유지합니다.
- 펠릿을 1mL의 미리 냉각된 75% 에탄올로 헹구고 피펫으로 부드럽게 재현탁합니다.
- 4 °C, 7,500 × g 에서 10분간 최종 원심분리를 수행한 후 상원액을 제거하고 RNA 펠릿을 생물안전 캐비닛에서 자연 건조시킵니다.
- 정제된 RNA를 DEPC 처리된 물 50μL에 녹입니다.
- NanoDrop 분광광도계를 사용하여 RNA 순도를 평가하고 단백질 및 용매 오염을 최소화한 후 RNA 농도, A260/A280 비율, A260/A230 비율을 측정합니다.
14. RT-PCR
- 총 RNA 1 μg를 사용하여 20 μL 역전사 반응 시스템을 준비합니다.
- 반응 시스템을 42°C에서 15분간 배큐하고, 95°C에서 5분간 배큐한 후 4°C까지 냉각합니다.
- 증류수를 사용해 생성된 cDNA를 10배로 희석합니다.
- 희석된 cDNA를 사용해 20 μL PCR 반응 시스템을 준비합니다.
- 열 사이클러를 프로그래밍하고 초기 대기 상태를 95°C에서 60초간 설정한 후, 95°C에서 15초, 60°C에서 60초간 40주기를 진행합니다.
- 완성 후 모든 목표 유전자와 참조 유전자의 CT 값을 기록하여 용융 곡선 분석을 수행하세요.
- 2(-ΔΔCT) 방법을 사용하여 표적 유전자의 정규화된 발현 수준을 측정합니다.
15. ELISA 분석
참고: ELISA 키트를 보관 후 30분 동안 실온에서 평형으로 두어 사용하세요.
- 제조업체의 지침에 따라 표준 용액을 준비하고, 표준 용액, 비오티닐화 항체, 효소 접합체, 세척 완충제에 대해 적절한 희석을 수행하세요.
- 수집한 세포 배양 상청액(4 °C, 10,000 g × 10분)을 원심분리하여 상청액을 수집합니다.
- 표준 희석액 100 μL과 시험 샘플을 미리 코팅된 우물로 옮깁니다.
- 접착 스트립으로 웰을 밀봉하고 플레이트를 37°C에서 90분간 배양하세요.
- 웰에서 액체를 버리고 자동 플레이트 와셔로 플레이트를 세척하세요.
참고: 자동 세척기 매개변수를 다음과 같이 설정하세요: 웰당 350 μL 세척 버퍼, 분배와 흡입 사이 15초 담금, 5회 완전 사이클.
- 각 웰에 100 μL 비오틴화 항체 작업 용액을 투여합니다. 37°C에서 60분간 배양하세요.
- 용액을 버리고 15.5에 설명된 대로 플레이트를 세척하세요.
- 웰당 효소 결합액 100 μL 피펫을 채운 후 37 °C에서 60분간 배양합니다.
- 용액을 버리고 15.5에 설명된 대로 플레이트를 세척하세요.
- 각 웰에 100 μL의 염색 기질을 추가합니다. 빛으로부터 보호하며 37°C에서 15분간 유지하세요.
- 각 웰당 100 μL 정지 용액을 피펫 채운 후 부드럽게 혼합합니다.
- 즉시 450 nm에서 광학 밀도(OD)를 측정하세요.
- Curve Expert 소프트웨어를 사용해 평균 OD 값을 표준 농도와 대비하여 표준 곡선을 설정하세요.
- 각 샘플의 농도를 표준 곡선에서 보간하여 OD 값을 결정합니다.
16. 통계 분석
- SPSS 소프트웨어(버전 20.0)를 작동하세요.
- 데이터셋을 SPSS Statistics에 가져오고 변수를 적절히 정의하세요. Analyze > Descriptive Statistics> Explore 를 사용하여 평균 및 표준편차(SD)를 계산하세요.
- 다중 그룹 비교에는 Analyze > Compare Means> 단방향 ANOVA 를 사용하세요.
- 테스트 결과 표에서 p값을 직접 얻어 적절히 보고하세요.
- 모든 결과를 평균± SD로 제시하고, p < 0.05 시 통계적으로 유의미한 차이를 고려합니다.