De huidige studie identificeerde een uniek mechanisme waarmee salidroside mitochondriale beschermende effecten uitoefent op hypoxische HT22-cellen, deels via de AMPK/Sirt1/HIF-1α-route.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Onderzoeksartikel
De huidige studie identificeerde een uniek mechanisme waarmee salidroside mitochondriale beschermende effecten uitoefent op hypoxische HT22-cellen, deels via de AMPK/Sirt1/HIF-1α-route.
Salidroside (Sal), een actief ingrediënt van Rhodiola crenulata (Hook. f. et Thoms.) H. Ohba blijkt mitochondriale beschermende effecten uit te oefenen door het metabolisme te verbeteren en de energievoorziening van hersencellen onder hypoxische omstandigheden te verbeteren. Het werkingsmechanisme is echter niet volledig opgehelderd. In de huidige studie werd high-performance vloeistofchromatografie voor het eerst gebruikt om de effecten van Sal op nucleotideniveaus (ATP, ADP en AMP) te analyseren. De cellulaire thermische verschuivingstest (CETSA), een veelgebruikte moleculaire interactiemethode voor het valideren en kwantificeren van de betrokkenheid van geneesmiddeldoelen in cellen en weefsels van verschillende soorten, werd vervolgens gekozen om de affiniteit van Sal voor AMPK/Sirt1/HIF-1α-routegerelateerde eiwitten te bevestigen. De resultaten toonden aan dat Sal de ATP- en ADP-niveaus in hypoxische HT22-cellen verhoogde en tegelijkertijd de AMP-niveaus verlaagde. Bovendien vertoonde Sal een stabiele binding aan AMPKα-, p-AMPKα-, Sirt1- en HIF-1α-eiwitten. Concluderend kan Sal mitochondriale beschermende effecten uitoefenen door de AMPK/Sirt1/HIF-1α-route te moduleren om het nucleotidegehalte te reguleren. Deze studie biedt een methodologische referentie voor de analyse van het nucleotidegehalte in celmonsters en draagt bij tot de identificatie en ontdekking van doelwitten voor verbindingen die zijn afgeleid van de traditionele Chinese geneeskunde.
De hersenen zijn zeer gevoelig voor zuurstof vanwege de hoge metabolische eisen, de beperkte glycolytische capaciteit en de afhankelijkheid van oxidatieve fosforylering. Als gevolg hiervan kan blootstelling aan een zuurstofarme omgeving op grote hoogte gemakkelijk leiden tot hypobaar hypoxisch hersenletsel (HHBI)1,2. Epidemiologische studies geven aan dat wanneer individuen die niet geacclimatiseerd zijn aan grote hoogten snel opstijgen naar hooggelegen gebieden, de incidentie van acute bergziekte kan oplopen tot 75%, met een sterftecijfer van ongeveer 1% voor ernstige gevallen. Bovendien kunnen de sterftecijfers voor hersen- of longoedeem op grote hoogte bij gebrek aan medische zorg oplopen tot 40%3,4.
HHBI presenteert zich met een breed spectrum van klinische symptomen. Milde tot matige gevallen kunnen hoofdpijn, duizeligheid en geheugenverlies omvatten5, terwijl ernstige gevallen kunnen leiden tot cognitieve stoornissen, veranderd bewustzijn en mogelijk fatale afloop5. De preventie en behandeling van HHBI in hooggelegen gebieden zijn een belangrijk aandachtspunt geworden van medisch onderzoek. Preventieve strategieën omvatten voornamelijk adaptieve training in omgevingen op grote hoogte, waaronder voldoende rust, een uitgebalanceerd dieet, goede voeding en passende lichaamsbeweging 6,7. Bovendien blijven farmacologische interventies gericht op het beschermen van hersencellen en het verlichten van cerebrale hypoxie centraal staan in het huidige HHBI-onderzoek.
Mitochondriën dienen als de primaire energieproductiecentra in cellen en synthetiseren adenosinetrifosfaat (ATP) om aan de cellulaire energiebehoefte te voldoen. Onder hypoxische omstandigheden neemt de mitochondriale energieproductie af, wat leidt tot verlaagde ATP-niveaus en verminderde celfunctie8. De hypoxische verwonding verstoort ook de mitochondriale regulatie van Ca2+ en pH-homeostase, waardoor apoptose en necrose worden veroorzaakt 9,10. Er is een wederzijds versterkend verband tussen mitochondriale disfunctie en hypoxisch hersenletsel. Aan de ene kant verergert hypoxie-geïnduceerde mitochondriale stoornissen het zuurstoftekort door het cellulaire energiemetabolisme verder te verminderen, waardoor een vicieuze cirkel ontstaat. Aan de andere kant verhoogt mitochondriale disfunctie de intracellulaire Ca2+-niveaus, waardoor apoptotische cascades worden geactiveerd en celdood wordt geleid11. Hoewel de mechanismen die ten grondslag liggen aan hypoxisch hersenletsel complex blijven en niet volledig worden begrepen, hebben meerdere onderzoeken een verminderd neuronaal mitochondriaal energiemetabolisme geïdentificeerd als een kritische factor in de pathogeneseervan 12,13. Daarom kan verder onderzoek naar de mitochondriale functie waardevolle inzichten opleveren in mogelijke therapeutische doelen voor hypoxisch hersenletsel.
Salidroside (Sal) is een actief ingrediënt dat wordt gewonnen uit de plateauplant Rhodiola crenulata (Hook. f. et Thoms.) H. Ohba en wordt veel gebruikt in voeding, gezondheidsproducten en farmaceutische producten14. De molecuulformule van Sal is C14H20O7 en is ook bekend als 2-(4-hydroxyfenyl)-ethyl β-D-glucopyranoside. Het bezit diverse farmacologische eigenschappen, waaronder anti-hypoxie, antioxidant, anti-vermoeidheid, anti-tumor, immunomodulerende, ontstekingsremmende en cardiovasculaire en cerebrovasculaire beschermende effecten 15,16,17. Hiervan is het anti-hypoxie-effect een van de meest goed gedocumenteerde. Recente studies hebben in toenemende mate de significante mitochondriale beschermende effecten van Sal benadrukt als een potentieel mechanisme voor de preventieve en therapeutische effecten op door plateaus geïnduceerd hersenletsel bij muizen14,18. De precieze moleculaire mechanismen waarmee Sal de ATP-, ADP- en AMP-niveaus beïnvloedt, blijven echter slecht begrepen.
AMP-geactiveerde proteïnekinase (AMPK) fungeert als een belangrijke energiesensor die helpt bij het handhaven van de cellulaire energiehomeostase. Activering van AMPK stimuleert Sirtuin 1 (Sirt1), wat leidt tot een verhoging van de intracellulaire NAD+-spiegels19. Studies hebben aangetoond dat Sirt1 hypoxie-induceerbare factor 1-alfa (HIF-1α) kan reguleren om de cellulaire respons op hypoxie20 te coördineren. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat Sal de opening van de neuronale mitochondriale permeabiliteitsovergangsporie remt, HIF-1α-gemedieerde mitochondriale energieprocessen reguleert, neuronale apoptose verzwakt en de integriteit van de bloed-hersenbarrière handhaaft, waardoor ratten worden beschermd tegen door plateaus veroorzaakt hersenletsel14,21. Het effect van Sal op ATP en zijn metabolieten, ADP en AMP, blijft echter onzeker.
Om dit te onderzoeken, werd eerst high-performance vloeistofchromatografie (HPLC) gebruikt om de niveaus van deze drie nucleotiden te kwantificeren. Bovendien werd de cellulaire thermische verschuivingstest (CETSA) gebruikt, een veelgebruikte biofysische techniek die in 2013 werd geïntroduceerd om ligand-eiwitinteracties in intacte cellen22 te bestuderen. Deze methode wordt vaak toegepast om de betrokkenheid van geneesmiddelen en doelwitten in cellen en weefsels van verschillende soorten te valideren en te kwantificeren. In het bijzonder vertoont het geneesmiddelgebonden eiwit na co-incubatie van doelcellysaten met het medicijn bij verschillende temperaturen gedurende een bepaalde duur, een verhoogde thermische stabiliteit, waardoor het minder vatbaar is voor denaturatie en precipitatie. De neergeslagen ongebonden eiwitten worden vervolgens verwijderd via centrifugatie en interacties tussen geneesmiddelen en doelen worden vervolgens geïdentificeerd door middel van western blot-analyse van het bovenstaande22. Om potentiële moleculaire doelen van Sal te identificeren, werd CETSA geselecteerd om de bindingsaffiniteit met AMPK/Sirt1/HIF-1α-routegerelateerde eiwitten te beoordelen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De commerciële details van de reagentia en de apparatuur die in dit onderzoek zijn gebruikt, zijn te vinden in de materiaaltabel.
1. Voorbereiding van de oplossing
2. Celcultuur
OPMERKING: HT22-celcultuur en het CoCl2-gestimuleerde hypoxiemodel zijn vastgesteld volgens een eerder rapport21.
3. Bepaling van het nucleotidegehalte (ATP, ADP en AMP)
4. Cellulaire thermische verschuivingstest (CETSA)
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De standaardcurven voor ATP, ADP en AMP gedetecteerd door HPLC waren respectievelijk Y = 7006,5X - 222,99, Y = 5217,3X - 17,796 en Y = 9280,1X + 22,749 (Figuur 1A-C). Het nucleotidegehalte dat in elke groep met HPLC werd gemeten, werd berekend aan de hand van de standaardcurven (Figuur 1D-I). Er werd vastgesteld dat CoCl2 de ATP- en ADP-niveaus in HT2...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Mitochondriën zijn belangrijke organellen die betrokken zijn bij de therapeutische preventie van HHBI 23,24,25. Eerdere studies door de groep hebben bevestigd dat Sal de expressie van AMPK-, Sirt1- en HIF-1α-eiwitten reguleert, de neuronale mitochondriale functie verbetert en beschermt tegen HHBI21,24. Het directe effect van Sal op nucle...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (82274207 en 82474185), de afdeling Wetenschap en Technologie van de provincie Sichuan (2024NSFSC1845), de Science Foundation for Youths of Science & Technology Department van de provincie Sichuan (2023NSFSC1776), het Key Research and Development Program van Ningxia (2023BEG02012), het Youth Talent Support Project van de China Association of Chinese Medicine voor 2024-2026 (2024-QNRC2-B07) en de Xinglin Scholar Research Promotieproject van de Universiteit van Chengdu voor TCM (XKTD2022013 en QJJJ2024027).
BIJDRAGE VAN DE AUTEUR:
Xiaobo Wang, Yating Zhang, Ya Hou, Rui Li en Xianli Meng bedachten dit project. Yating Zhang, Ya Hou en Tingting Kuang voerden de experimenten uit en analyseerden de gegevens. Yating Zhang en Hong Jiang schreven het manuscript. Xiaobo Wang en Xianli Meng herzagen het manuscript. Alle auteurs hebben het definitieve manuscript gelezen en goedgekeurd.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Acetonitrile | Aladdin | A104440 | |
| 0.22 µm waterige membraan | Jinteng | JTMF0445 | |
| 0.22 µm naald type microporeuze filtermembraan | Jinteng | JTSFM013001 | |
| 0.45 µm organische membraan | Jinteng | JTMF0448 | |
| Agilent OpenLab software | Agilent | Versie 2.X | |
| Antibody-AMPKα | Cell Signaling Technology | #2532 | |
| Antibody-HIF-1α | Cell Signaling Technology | #41560 | |
| Antibody-p-AMPKα | Cell Signaling Technology | #50081 | |
| Antibody-Sirt1 | Cell Signaling Technology | #2028 | |
| Antibody-β-actin | Cell Signaling Technology | #4970 | |
| BCA-eiwitconcentratie assay kit | Boster Biological Technology | 17E17B46 | |
| Rund serum albumine | Cywin Innovation (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. | SW127-02 | |
| Breed spectrum fosfatase remmer (100×) | Boster Biological Technology | AR1183 | |
| Chromatografische kolom | Agilent | SB-C18 | |
| CoCl2 | Sigma | 15862 | |
| Ontkleuring shaker | Kylin-Bell | TS-2 | |
| Dorsomorphin | MedChemExpress (MCE) | HY-13418A | |
| Dulbecco's aangepast adelaar medium | Gibco | 8121587 | |
| Elekforese buffer | NCM Biotech | 20230801 | |
| Foetaal rund serum | Gibco | 2166090RP | |
| Geit Anti-konijn IgG H&L (TRITC) | ZenBioScience Co., Ltd. | 511202 | |
| GraphPad Prism software | GraphPad software, LLC | Versie 9.0.0 | |
| Hoge prestatie vloeistof chromatografie | Agilent | 1260 Infinity II Prime | |
| Hoge snelheid gekoelde centrifuge | Thermo Fisher Scientific | Legend Micro 17R | |
| HRP geconjugeerd affinipure geit anti-konijn IgG(H+L) | Boster Biological Technology Co., Ltd. | BA1054 | |
| HT22 cellen | Guangzhou Jennio Biotech Co., Ltd. | JNO-02001 | |
| Hypergevoelige ECL chemiluminescentie kit | NCM Biotech | P10300 | |
| Image J software | National Institutes of Health | v1.8.0 | |
| Metaal verwarming temperatuur controle instrument | Baiwan Electronictechnology Co., Ltd. | HG221-X3 | |
| Methanol | Aladdin | M116118 | |
| Nucleotide (ATP, ADP en AMP) inhoud assay kit | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd. | BC5114 | |
| PAGE gel snelle voorbereiding kit | Biosharp | PL566B-5 | |
| Penicilline-streptomycine | NCM Biotech | C125C5 | |
| Fosfaat gebufferde zoutoplossing (1×) | Gibco | 8120485 | |
| Voorgekleurde kleur eiwit marker (10-180 kDa) | Cywin Innovation (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. | SW176-02 | |
| Eiwit lading buffer (5x) | Boster Biological Technology | AR1112 | |
| PVDF (0.45 μm) | Cywin Innovation (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. | SW120-01 | |
| Snelle membraan overdracht oplossing | Cywin Innovation (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. | SW171-02 | |
| RIPA lysate | Boster Biological Technology Co., Ltd. | AR0105 | |
| Salidroside | Chengdu Herbpurify Co., Ltd. | RFS-H0400191102 | |
| TBS buffer | NCM Biotech | 23HA0102 | |
| Transmembraan buffer | NCM Biotech | 23CA2000 | |
| Trypsine (0.25%, 1×) | HyClone | J210045 | |
| Tween 20 | Shanghai Canspec Scientific Instruments Co., Ltd. | PM12012 | |
| Ultrasone cel disrupsie apparaat | Ningbo Xinyi ultrasonic equipment Co., Ltd. | JY92-IIDN | |
| Visionworks beeldvorming systeem | Analytik Jena | UVP ChemStudio | |
| Vortex mixer | Kylin-Bell | XW-80A |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dit artikel is gepubliceerd
Video binnenkort beschikbaar