Tutaj prezentujemy protokół opisujący farmakologię sieciową i techniki dokowania molekularnego, aby zbadać mechanizm działania Jiawei Shengjiang San (JWSJS) w leczeniu nefropatii cukrzycowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj prezentujemy protokół opisujący farmakologię sieciową i techniki dokowania molekularnego, aby zbadać mechanizm działania Jiawei Shengjiang San (JWSJS) w leczeniu nefropatii cukrzycowej.
Naszym celem było zagłębienie się w mechanizmy leżące u podstaw działania Jiawei Shengjiang Sana (JWSJS) w leczeniu nefropatii cukrzycowej i wdrażaniu farmakologii sieciowej. Wykorzystując farmakologię sieciową i techniki dokowania molekularnego, przewidzieliśmy aktywne składniki i cele JWSJS oraz zbudowaliśmy skrupulatną sieć "lek-komponent-cel". Analizy wzbogacania ontologii genów (GO) i encyklopedii genów i genomów z Kioto (KEGG) wykorzystano do rozpoznania ścieżek terapeutycznych i celów JWSJS. Autodock Vina 1.2.0 został wdrożony do molekularnej weryfikacji dokowania i przeprowadzono symulację dynamiki molekularnej 100 ns w celu potwierdzenia wyników dokowania, a następnie weryfikację na zwierzętach in vivo. Wyniki ujawniły, że JWSJS ma wspólne 227 przecinających się celów z nefropatią cukrzycową, konstruując topologię sieci interakcji białko-białko. Analiza wzbogacenia KEGG wykazała, że JWSJS łagodzi nefropatię cukrzycową poprzez modulację lipidów i miażdżycy, szlaku sygnałowego PI3K-Akt, apoptozy i szlaku sygnałowego HIF-1, z aktywowaną mitogenem kinazą białkową 1 (MAPK1), MAPK3, receptorem naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR) i kinazą białkową seryny/treoniny 1 (AKT1) zidentyfikowanymi jako zbiorowe cele wielu szlaków. Dokowanie molekularne wykazało, że podstawowe składniki JWSJS (kwercetyna, kwas oleopalmitynowy i luteolina) mogą stabilizować konformację z trzema kluczowymi celami (MAPK1, MAPK3 i EGFR) poprzez wiązania wodorowe. Badania in vivo wykazały znaczny wzrost masy ciała i zmniejszenie stężenia glikowanego białka surowicy (GSP), cholesterolu lipoprotein o niskiej gęstości (LDL-C), trifosforanu urydyny (UTP) i poziomu glukozy we krwi na czczo (FBG) z powodu JWSJS. Mikroskopia elektronowa w połączeniu z hematoksyliną i eozyną (HE) oraz barwieniem kwasem okresowym Schiffa (PAS) podkreśliła potencjał każdej grupy leczonej w łagodzeniu uszkodzenia nerek w różnym stopniu, wykazując różne spadki p-EGFR, p-MAPK3/1 i BAX oraz przyrosty ekspresji BCL-2 w tkankach nerkowych leczonych szczurów. Podsumowując, spostrzeżenia te sugerują, że skuteczność ochronna JWSJS w nefropatii cukrzycowej może być związana z tłumieniem aktywacji szlaku sygnałowego EGFR / MAPK3 / 1 i łagodzeniem apoptozy komórek nerkowych.
Cukrzyca (DM) jest przewlekłą chorobą, która wpływa na wiele układów i może powodować różne powikłania z powodu ciągłej hiperglikemii, takie jak nefropatia cukrzycowa (DN), retinopatia i neuropatia1. DN jest poważnym powikłaniem cukrzycy, odpowiadającym za około 30%-50% schyłkowej niewydolności nerek (ESRD)2. Jego objawem klinicznym jest mikroalbuminuria, która może przekształcić się w ESRD charakteryzującą się zwiększoną objętością kłębuszków nerkowych, przerostem zrębu mezangialnego i pogrubioną błoną podstawną kłębuszków nerkowych3. Patogeneza DN jest złożona i nie została w pełni wyjaśniona. Metody kliniczne, takie jak obniżenie poziomu glukozy we krwi, regulacja ciśnienia krwi i zmniejszenie białkomoczu, są najczęściej stosowane w celu opóźnienia jego postępu, ale efekt jest ogólny.
Obecnie nie znaleziono żadnego konkretnego leku na DN4. Jednak od wieków chińskie leki ziołowe były szeroko stosowane w leczeniu cukrzycy i jej powikłań5 i poprawiały objawy kliniczne pacjentów i opóźniały postęp choroby. Ze względu na zalety efektów wieloskładnikowych, wielokierunkowych i wielościeżkowych, oczekuje się, że chińskie leki ziołowe będą innowacyjnym źródłem leków w leczeniu DN6.
"Shengjiang san" pochodzi od "Wanbing Huichun" autorstwa lekarza z dynastii Ming, Gong Tingxiana. Książka "Neifu Xianfang" opisuje użycie Bombyx Batryticatus, Cicadae Periostracum, Curcumaelongae Rhizoma i Radix Rhei et Rhizome. Na tej podstawie, po dodaniu Hedysarum Multijugum Maxim, Epimrdii Herba i Smilacis Glabrae Rhixoma, wywiera funkcję shengjiang san zwiększając jasność, zmniejszając zmętnienie, uwalniając zastałe "ciepło" i harmonizując "qi" i klasę krew7,8. Zwiększa również efekt wzmocnienia śledziony i ujędrnienia nerek. Jego skuteczność jest zgodna z patogenezą "qi" DN do wznoszenia się i opadania w kolejności z powodu niedoboru "energii życiowej", nadmiernej suchości i "ciepła" oraz stagnacji "ciepła" spowodowanej przez potrójny energetyzator7,8.
Poprzednie badania kliniczne wykazały, że chińskie leki ziołowe były stosowane w leczeniu DM i jego powikłań, a jiawei shengjiang san (JWSJS) wykazano, że regulują poziom glukozy i lipidów we krwi, zmniejszają białkomocz i znacznie poprawiają skuteczność kliniczną pacjentów z wczesnym DN7. Zdolność JWSJS do obniżania poziomu białka w moczu i glukozy we krwi u szczurów DN została potwierdzona w poprzednich badaniach. Prawdopodobnie dzieje się to poprzez hamowanie szlaków sygnałowych TXNIP/NLRP3 i RIP1/RIP3/MLKL, zmniejszanie pyroptozy podocytów i zapobieganie nekrotycznej apoptozie w tkankach nerkowych szczurów DN, osiągając w ten sposób ochronę nerek9. JWSJS może zwiększać ekspresję białka nefryny i podocyny oraz zmniejszać uszkodzenie podocytów u szczurów DN, co sugeruje, że JWSJS ma hamujący wpływ na uszkodzenie podocytów. JWSJS ma pewne działanie anty-DN z dobrymi profilami bezpieczeństwa, ale niewiele jest badań na ten temat, a praca ta koncentruje się głównie na piroptozie i martwiczej apoptozie. Literatura nie jest wystarczająco obszerna ani usystematyzowana10. Nasze wcześniejsze odkrycia potwierdziły, że JWSJS może zmniejszać białkomocz i łagodzić uszkodzenia nerek u szczurów DN7. Istnieje jednak tylko kilka badań dotyczących mechanizmu JWSJS w leczeniu DN i brakuje im głębi i usystematyzowania. W związku z tym badanie to ma na celu analizę substancji molekularnych i mechanizmów działania JWSJS w leczeniu DN przy użyciu farmakologii sieciowej i zapewnienie solidnych podstaw dla przyszłych badań.
Farmakologia sieciowa to nowa metoda badania mechanizmu działania leków, w tym chemiinformatyka, biologia sieciowa, bioinformatyka i farmakologia11,12. Projekt badań farmakologicznych sieci jest dość podobny do holistycznej koncepcji tradycyjnej medycyny chińskiej13,14 i jest to ważna metoda badania mechanizmu chińskich leków ziołowych. Dokowanie molekularne może badać interakcje między cząsteczkami i przewidywać ich wzorce wiązania i powinowactwo. Dokowanie molekularne stało się kluczową techniką w dziedzinie komputerowo wspomaganych badań nad lekami15. W związku z tym w badaniu tym stworzono sieć interakcji JWSJS-DN-cel za pomocą farmakologii sieciowej i metod dokowania molekularnego, która oferuje wiarygodną i teoretyczną podstawę do dalszego badania leczenia DN za pomocą JWSJS.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie zwierzęta były utrzymywane i używane zgodnie z Przewodnikiem Narodowej Rady ds. Badań Naukowych Stanów Zjednoczonych dotyczącym opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych, wydanie 8, i zostały zgłoszone zgodnie z zaleceniami w wytycznych ARRIVE16,17. Badanie zostało przeprowadzone zgodnie z Przewodnikiem Chińskiej Narodowej Rady ds. Badań Naukowych dotyczącym opieki i wykorzystywania zwierząt laboratoryjnych i zostało zatwierdzone przez Komisję Etyki Zwierząt Uniwersytetu Medycyny Chińskiej w Hebei (DWLL2019030).
1. Składniki aktywne JWSJS i kolekcja docelowa
2. Odpowiadająca DN kolekcja docelowa
3. Dokowanie molekularne
4. Symulacja dynamiki molekularnej
5. Walidacja eksperymentu na zwierzętach
6. Metody statystyczne
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zgodnie z protokołem, po przeprowadzeniu analizy, przesiewania i usuwaniu duplikatów według ustalonych standardów OB i DL, ostatecznie uzyskano 90 składników aktywnych JWSJS. Obejmowały one 20 rodzajów składników Hedysarum Multijugum Maxim, 23 rodzaje Epimrdii Herba, 15 rodzajów Smilacis Glabrae Rhixoma, 16 rodzajów Radix Rhei et Rhizome, cztery rodzaje Curcumaelongae Rhizoma, 15 rodzajów Cicadae Periostracum oraz sześć rodzajów składników Bombyx Batryticatus...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W naszym badaniu wykorzystaliśmy połączenie farmakologii sieciowej, dokowania molekularnego i modeli zwierzęcych in vivo . Kluczowym krokiem było utworzenie sieci "lek-komponent-cel", która miała kluczowe znaczenie dla zidentyfikowania potencjalnych mechanizmów JWSJS w leczeniu DN, ze szczególnym uwzględnieniem jego interakcji ze szlakiem sygnałowym EGFR/MAPK3/1.
Podczas tego badania dokonaliśmy kilku modyfikacji, szczególnie w procesie dokowania molekularnego, aby zwiększyć dokładnoś...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie było wspierane przez ogólny projekt Fundacji Nauk Przyrodniczych prowincji Hebei, Chiny (nr H2019423037).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 2 razy; SYBR Green qPCR Master Mix | Servicebio, Wuhan, Chiny | G3320-05 | |
| 24-godzinna kwantyfikacja białka moczu (UTP) | Nanjing Jiancheng Institute of Biological Engineering | N/A | |
| 3,3'-diaminobenzydyna | Shanghai Huzheng Biotech, Chiny | 91-95-2 | |
| Automatyczny przyrząd do analizy biochemicznej | Hitachi, Japonia | 7170A | |
| Bezwodny etanol | Biosharp, Tianjin, Chiny | N/A | |
| BAX Przeciwciała pierwotne | Powinowactwo, USA | AF0120 | |
| Szczur BCL-2 Przeciwciała pierwszorzędowe | Powinowactwo, USA | AF6139 | |
| Szczur BX53 | mikroskop Olympus, Japonia | BX53 | |
| Substytut chloroformu | ECOTOP, Guangzhou, Chiny | ES-8522 | |
| Oprogramowanie Desmond | Nowy Jork, NY, USA | Wydanie 2019-1 | |
| Cyfrowa łaźnia wodna o stałej temperaturze | Instrument Changzhou Jintan Liangyou, Chiny | DK-8D | |
| EGFR Przeciwciała pierwotne | Affinity, USA | AF6043 | Rat |
| Embed-812 RESIN | Shell Chemical, USA | 14900 | |
| Stężenie glukozy we krwi na czczo (FBG) | Nanjing Jiancheng Institute of Biological Engineering | N/A | |
| Analizator etykiet enzymów o pełnej długości fali typu FC | Multiskan; Thermo, Stany Zjednoczone | Nie dotyczy | |
| GAPDH Przeciwciała pierwszorzędowe | Powinowactwo, USA | AF7021 | |
| Szczurze glikowane białko surowicy (GSP) | Instytut Inżynierii Biologicznej Nanjing Jiancheng | Nie dotyczy | |
| Transmisyjnego mikroskopu elektronowego | Hitachi, Japonia | H-7650 | |
| Roztwór do barwienia hematykaliny/eozyny (HE) | Servicebio, Stany Zjednoczone | G1003 | |
| Image-Pro Plus | MEDIA CYBERNETYKA, USA | N/A | |
| Przyrząd do amplifikacji PCR w czasie rzeczywistym Applied | Biosystems, USA | iQ5 | |
| Irbesartan tabletki | Hangzhou Sanofi Pharmaceuticals | N/A | |
| Isopropanol | Biosharp, Tianjin, Chiny | N/A | |
| Granulki JWSJS | Guangdong Yifang Pharmaceutical | N/A | |
| Kodak Image Station System obrazowania 2000 MM | Kodak, USA | IS2000 | |
| Cholesterol o niskiej gęstości (LDL-C) | Nanjing Jiancheng Institute of Biological Engineering | N/A | |
| MAPK3/1Przeciwciała pierwszorzędowe | Affinity, USA | AF0155 | |
| Wirówka medyczna dla szczurów | Rozwój przyrządów laboratoryjnych Hunan Xiangyi, Chiny | TGL-16K | |
| Mini system transferu trans-blot | Bio-Rad, USA | N/A | |
| Mini-PROTEAN system elektroforezy | Bio-Rad, USA | N/A | |
| Spektrofotometr NanoVue Plus | Healthcare Bio-Sciences AB, Szwecja | 111765 | |
| p-EGFR Przeciwciała pierwotne | Powinowactwo, USA | AF3044 | |
| Szczur Roztwór do barwienia kwasem okresowym Schiffa (PAS) | Servicebio, USA | G1008 | |
| p-MAPK3/1 Przeciwciała pierwszorzędowe | Powinowactwo, USA | AF1015 | |
| Szczur Przeciwciała drugorzędowe | Santa Cruz, Stany Zjednoczone | sc-2357 | |
| Streptozotocyna | Sigma, USA | S0130 | |
| Zestaw do syntezy pierwszej nici cDNA | SureScript GeneCopeia, USA | QP056T | |
| TriQuick Odczynnik | Solarbio, Pekin, Chiny | R1100 | |
| Ultra-czysty stół warsztatowy | Sprzęt do oczyszczania Suzhou, Chiny | SW-CJ-1F |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.