Het protocol beschrijft de identificatie van verschillende nieuwe disulfideptose-gerelateerde differentiële genen geassocieerd met myocardiale ischemie-reperfusieschade door bio-informaticaanalyse en experimentele validatie.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Het protocol beschrijft de identificatie van verschillende nieuwe disulfideptose-gerelateerde differentiële genen geassocieerd met myocardiale ischemie-reperfusieschade door bio-informaticaanalyse en experimentele validatie.
Myocardiale ischemie-reperfusieschade (MIRI) is een extra letsel dat optreedt tijdens het proces van het herstellen van de bloedstroom van hartweefsel na door ischemie veroorzaakt letsel. MIRI heeft een ernstige invloed op de werkzaamheid en de korte- en langetermijnprognose van reperfusie na een hartinfarct. Op dit moment is het mechanisme van MIRI niet helemaal duidelijk. Disulfideptose is een nieuwe manier van celdood en de relatie tussen MIRI en expressie van disulfideptose-gerelateerde genen (DRG's) is nog onduidelijk. Ten eerste onderzoekt deze studie de differentieel tot expressie gebrachte genen die geassocieerd zijn met disulfideptose bij MIRI door middel van bio-informaticaanalyse. Ten tweede werden door het construeren van een rattenmodel van MIRI DRG's verder gedetecteerd. Deze studie identificeerde 12 verwante genen, waaronder Myh9, SLC7A11, SLC3A2, Myh7b, ACTB, FLNB, Actn1, Actn4, Flnc, Dbn1 en Pdlim1. Myocardweefsel van ratten met MIRI vertoont duidelijke pathologische schade en apoptose-voorvallen. De resultaten van immunohistochemie gaven aan dat MIRI-stimulatie de expressie van GLUT1-eiwit in myocardweefsel verhoogde, maar de expressie van F-actine-eiwit beperkte. Bovendien werden significante verschillen in de expressie van drie eiwitten gevalideerd met behulp van externe datasets en MIRI-rattenmodellen. Deze studie toonde aan dat DRG's een significante voorspellende waarde hadden bij MIRI, wat nieuwe perspectieven bood voor het verkennen van biomarkers en potentiële therapeutische doelen van MIRI.
Acuut myocardinfarct (AMI) is een ernstige cardiovasculaire aandoening en blijft wereldwijd een belangrijke doodsoorzaak. Percutane coronaire interventie heeft de sterftecijfers bij AMI-patiënten aanzienlijk verlaagd1. Reperfusietherapie gericht op het herstellen van de myocardiale bloedtoevoer gaat echter gepaard met een reeks nadelige pathologische en fysiologische reacties. Deze processen kunnen resulteren in een verhoogde infarctgrootte, myocardiale celdood, aanhoudende ventriculaire aritmieën en plotselinge dood2. Myocardiale ischemie-reperfusieschade (MIRI) is een complexe cardiovasculaire aandoening die wordt beïnvloed door factoren zoals cytokines, chemokines, groeifactoren, oxidatieve stress en calciumoverbelasting3. Het beperken van MIRI blijft een grote uitdaging.
Onlangs is disulfideptose naar voren gekomen als een nieuwe vorm van celdood die wordt gekenmerkt door een snelle ineenstorting van het cytoskeletale actinenetwerk als gevolg van overmatige accumulatie van disulfiden, waaronder cysteïne, in cellen, als gevolg van NADPH+-depletie. Overmatige accumulatie van disulfide verstoort de disulfidebindingen tussen cytoskeleteiwitten, wat leidt tot actinemigratie en celdood 4,5. In tegenstelling tot eerder gemelde vormen van celdood zoals apoptose, necrose, pyroptose en ferroptose, wordt disulfideptose geïnitieerd door de overmatige aggregatie van intracellulaire disulfiden en wordt het niet geantagoniseerd door specifieke remmers van andere celdoodroutes. Als een kenmerkende celdood heeft bewijs aangetoond dat cellulaire glucosedeficiëntie opgewekte SLC7A11-overexpressie disulfidptosis4 kan veroorzaken. Na MIRI kan onvoldoende insulinesecretie hypoglykemie en daaropvolgende disulfidptosis veroorzaken, wat verdere schade aan myocardcellen kan veroorzaken en een van de nieuwe mechanismen van MIRI5 kan zijn.
In deze studie was het primaire doel om uitgebreide genexpressiedatabases, zoals de Gene Expression Omnibus (GEO), te gebruiken om differentiële genexpressie tussen normale en MIRI-monsters te analyseren. We voerden een kruisreferentiële analyse uit tussen differentieel tot expressie gebrachte genen en genen geassocieerd met disulfideptose, met als doel disulfideptose-gerelateerde genen (DRG's) te identificeren die differentiële expressie vertonen in MIRI. Machine learning-algoritmen werden gebruikt om sleutelgenen te identificeren, en we valideerden de expressiepatronen van de geselecteerde differentiële genen van belang met behulp van een diermodel. Deze benadering biedt een nieuw perspectief om een dieper inzicht te krijgen in de mogelijke mechanismen die ten grondslag liggen aan het ontstaan en de progressie van MIRI. De primaire focus van dit onderzoek was het onderzoeken van een nieuw celdoodmechanisme binnen MIRI, het blootleggen van geassocieerde differentiële genen en het uitvoeren van voorbereidende experimenten om deze bevindingen te valideren. Het uiteindelijke doel was om nieuwe therapeutische doelen te identificeren voor het verminderen van MIRI op basis van dit opkomende celdoodmechanisme.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Voor deze studie werden negen Sprague-Dawley (SD) mannelijke ratten in de leeftijd van 6-8 weken en met een gewicht van 180-220 g geselecteerd uit het Hubei Experimental Animal Research Center [SCXK (Hubei) 20200018]. Ratten werden gedurende 1 week gehouden in specifieke ziekteverwekkervrije dierenstallen om te acclimatiseren, met een licht- en donkercyclus van 12 uur/12 uur, vrij drinken en eten. De huidige studie werd uitgevoerd met goedkeuring van de Animal Ethics Committee van The Third Affiliated Hospital van Zunyi Medical University (goedkeuringsnummer: (2016)-1-56). Alle procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met de aanbevelingen die zijn uiteengezet in de Gids voor de verzorging en het gebruik van proefdieren, gepubliceerd door de Amerikaanse National Institutes of Health. Er werden strenge maatregelen genomen om het aantal gebruikte dieren te minimaliseren en hun lijden te verzachten.
1. Differentiële expressieanalyse van genen gerelateerd aan MIRI en disulfideptose
OPMERKING: RNA-sequencinggegevens van MIRI genaamd GSE214122 werden geselecteerd om genen geassocieerd met disulfideptose te screenen volgens literatuurrapport6.
2. Bouw van het rat MIRI-model
3. Hartweefsel oogsten3
4. Hematoxyline-eosine (H&E) kleuring
5. TONIJN-test
6. Immunohistochemische kleuring
7. Detectie van westerse vlekken
OPMERKING: Lysisbuffer en proteaseremmer waren opgenomen in een BCA-eiwitkwantificeringskit (zie materiaaltabel).
8. Statistische analyse
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Screening van DRG's in MIRI
De GSE214122 dataset van Gene Expression Omnibus bevatte drie schijn- en drie MIRI-monstergegevens. Met behulp van het DESeq2-pakket in R werden 1233 differentieel tot expressie gebrachte genen (DEG's) geïdentificeerd tussen MIRI- en schijnmonsters. Op basis van |log2FC|>2 en FDR<0.05 werden 417 significant verschillende genen verder geselecteerd met behulp van het pheatmap-pakket van R (Figuur 1A). Vervolgens ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Disulfideptose is nauw verbonden met het actine-cytoskelet, een kritieke cellulaire structuur die essentieel is voor het behoud van de celvorm en levensvatbaarheid. Het actine-cytoskelet is samengesteld uit actinefilamenten en geeft de algehele cellulaire vorm en structuur. F-actine dient als een marker voor het cellulaire cytoskelet en onder omstandigheden van glucosehonger nemen de disulfidebindingen aanzienlijk toe, wat leidt tot neerwaartse regulatie van F-actine. Dit fenomeen beïnvl...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit onderzoek werd ondersteund door het Guizhou Provincial Bureau of Science and Technology (Qiankehe [2022]-583) en de Guizhou Provincial Administration of Traditional Chinese Medicine (QZYY-2016-019).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 75% alcohol | Hunan Tongruijian Pharmaceutical Co. Ltd., Hunan, China | 85026 | |
| 6-0 nylon suture | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Supplies Co. Ltd., Shanghai, China | CS002 | |
| BCA protein quantification kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0011 | |
| Bull serum albumin | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | ST2254 | |
| Centrifuge | Hunan Kaida Scientific Instrument Co. Ltd., Hunan, China | KH19A | |
| DAB horseradish peroxidase color development kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0203 | |
| DAPI staining solution | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C1006 | |
| DESeq2 package | Versie 4.1 | ||
| Electric razor | Kelmerpp | 235376 | |
| Enhanced endogenous peroxidase blocking buffer | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | P0100B | |
| Filter paper | Nanjing Keruicai Equipment Co., Ltd., Nanjing, China | 1.00049E+11 | |
| Fluorescence microscope | Nikon | ECLIPSE Ci | |
| GEO database | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ | ||
| Glass grinder | Shanghai Leigu Instrument Co. Ltd., Shanghai, China | B-013002 | |
| GraphPad Prism | GraphPad Software | V8.0 | |
| Hematoxylin and eosin staining kit | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0105M | |
| Image J software | 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 | |
| Optical microscope | Nikon | ECLIPSE Ci | |
| Phosphate buffer solution | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | C0221A | |
| Primary antibodies against GLUT1 | Proteintech Group, Inc, Wuhan, China | 21829-1-AP | |
| Primary antibodies against MYH9 | Proteintech Group, Inc, Wuhan, China | 11128-1-AP | |
| Primary antibodies against SLC3A2 | Wuhan Lingsi Biotechnology Co., Ltd., Wuhan, China | LJS-D-7468 | |
| Primary antibodies against SLC7A11 | Proteintech Group, Inc, Wuhan, China | 26864-1-AP | |
| Protein visualization instrument | Thermo Fisher Scientific Inc. | iBright CL750 | |
| Rat board | Zhengzhou Haopai Biotechnology Co. Ltd., Zhengzhou, China | JPB-E | |
| Scalpel | Shanghai Lianhui Medical Supplies Co., Ltd., Shanghai, China | 1.00471E+13 | |
| Secondary antibody | Wuhan Boster Biological Technology, Ltd., Wuhan, China | BA1054 | |
| STRING database | https://cn.string-db.org/ | Versie 12.0 | |
| Triton X-100 | Beyotime Biotechnology, Shanghai, China | ST1722 | |
| TUNEL apoptosis detection kit | Proteintech Group, Inc., Wuhan, China | PF00009 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
