Obecne badanie zidentyfikowało unikalny mechanizm, dzięki któremu salidrozyd wywiera mitochondrialne działanie ochronne na niedotlenione komórki HT22, częściowo poprzez szlak AMPK/Sirt1/HIF-1α.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł badawczy
Obecne badanie zidentyfikowało unikalny mechanizm, dzięki któremu salidrozyd wywiera mitochondrialne działanie ochronne na niedotlenione komórki HT22, częściowo poprzez szlak AMPK/Sirt1/HIF-1α.
Mózg jest bardzo wrażliwy na tlen ze względu na wysokie wymagania metaboliczne, ograniczoną zdolność glikolityczną i zależność od fosforylacji oksydacyjnej. W rezultacie, narażenie na środowisko o niskiej zawartości tlenu na dużych wysokościach może łatwo doprowadzić do hipobrycznego niedotlenienia mózgu (HHBI)1,2. Badania epidemiologiczne wskazują, że gdy osoby nieprzyzwyczajone do dużych wysokości szybko wspinają się w regiony wysokogórskie, częstość występowania ostrej choroby górskiej może sięgać nawet 75%, przy śmiertelności około 1% w ciężkich przypadkach. Ponadto, w przypadku braku opieki medycznej, śmiertelność z powodu obrzęku mózgu lub płuc na dużych wysokościach może sięgać nawet 40%3,4.
HHBI charakteryzuje się szerokim spektrum objawów klinicznych. Łagodne lub umiarkowane przypadki mogą obejmować bóle głowy, zawroty głowy i utratę pamięci5, podczas gdy ciężkie przypadki mogą skutkować upośledzeniem funkcji poznawczych, zaburzeniami świadomości i potencjalnie śmiertelnymi skutkami5. Zapobieganie i leczenie HHBI w regionach wysokogórskich stało się kluczowym przedmiotem badań medycznych. Strategie prewencyjne obejmują przede wszystkim trening adaptacyjny w środowisku wysokogórskim, w tym odpowiedni odpoczynek, dobrze zbilansowaną dietę, prawidłowe odżywianie i odpowiednie ćwiczenia fizyczne6,7. Ponadto interwencje farmakologiczne mające na celu ochronę komórek mózgowych i złagodzenie niedotlenienia mózgu pozostają kluczowe dla obecnych badań nad HHBI.
Mitochondria służą jako główne centra produkcji energii w komórkach, syntetyzując trifosforan adenozyny (ATP) w celu zaspokojenia zapotrzebowania na energię komórkową. W warunkach niedotlenienia produkcja energii mitochondrialnej spada, co prowadzi do obniżenia poziomu ATP i upośledzenia funkcji komórek8. Uszkodzenie niedotlenienia zakłóca również mitochondrialną regulację homeostazyCa2+ i pH, wywołując apoptozę i martwicę9,10. Istnieje wzajemnie wzmacniający się związek między dysfunkcją mitochondriów a niedotlenieniem mózgu. Z jednej strony upośledzenie mitochondriów wywołane niedotlenieniem pogłębia niedobór tlenu, dodatkowo zmniejszając metabolizm energii komórkowej, tworząc błędne koło. Z drugiej strony, dysfunkcja mitochondriów podnosi wewnątrzkomórkowy poziom Ca2+, aktywując kaskady apoptotyczne i prowadząc do śmierci komórki11. Chociaż mechanizmy leżące u podstaw niedotlenienia mózgu pozostają złożone i nie w pełni poznane, wiele badań zidentyfikowało upośledzony metabolizm energii mitochondrialnej neuronów jako krytyczny czynnik w jego patogenezie12,13. W związku z tym dalsze badania funkcji mitochondriów mogą dostarczyć cennych informacji na temat potencjalnych celów terapeutycznych w przypadku niedotlenionego uszkodzenia mózgu.
Salidroside (Sal) jest aktywnym składnikiem pozyskiwanym z rośliny płaskowyżowej Rhodiola crenulata (Hook. f. et Thoms.) H. Ohba i jest szeroko stosowany w produktach zdrowotnych żywności i farmaceutykach14. Wzór cząsteczkowy Sal to C14H20O7 i jest również znany jako 2-(4-hydroksyfenylo)-etylo β-D-glukopiranozyd. Posiada różnorodne właściwości farmakologiczne, w tym przeciwdziałanie niedotlenieniu, przeciwutleniającemu, przeciwzmęczeniowemu, przeciwnowotworowemu, immunomodulującemu, przeciwzapalnemu oraz ochronne na układ sercowo-naczyniowy i naczyniowo-mózgowy15,16,17. Wśród nich jego działanie przeciwhipoksyjne jest jednym z najlepiej udokumentowanych. Ostatnie badania coraz częściej podkreślają znaczące ochronne działanie mitochondriów Sal jako potencjalny mechanizm jego prewencyjnego i terapeutycznego wpływu na uszkodzenia mózgu wywołane plateau u myszy14,18. Jednak dokładne mechanizmy molekularne, za pomocą których Sal wpływa na poziomy ATP, ADP i AMP, pozostają słabo poznane.
AMP (AMPK) pełni rolę kluczowego czujnika energii, który pomaga utrzymać homeostazę energii komórkowej. Aktywacja AMPK stymuluje Sirtuinę 1 (Sirt1), prowadząc do wzrostu wewnątrzkomórkowego poziomu NAD+19. Badania wykazały, że Sirt1 może regulować czynnik indukowany hipoksją 1-alfa (HIF-1α) w celu koordynowania odpowiedzi komórkowej na niedotlenienie20. Wcześniejsze badania wykazały, że Sal hamuje otwieranie porów przejściowych przepuszczalności mitochondriów neuronów, reguluje procesy energii mitochondrialnej za pośrednictwem HIF-1α, osłabia apoptozę neuronów i utrzymuje integralność bariery krew-mózg, chroniąc w ten sposób szczury przed uszkodzeniem mózgu wywołanym przez plateau14,21. Jednak wpływ Sal na ATP i jego metabolity, ADP i AMP, pozostaje niepewny.
Aby to zbadać, najpierw zastosowano wysokosprawną chromatografię cieczową (HPLC) do ilościowego określenia poziomów tych trzech nukleotydów. Dodatkowo wykorzystano komórkowy test przesunięcia termicznego (CETSA), szeroko stosowaną technikę biofizyczną wprowadzoną w 2013 roku do badania interakcji ligand-białko w nienaruszonych komórkach22. Metoda ta jest powszechnie stosowana do walidacji i ilościowego określania zaangażowania leku w cel w komórkach i tkankach różnych gatunków. W szczególności, po jednoczesnej inkubacji lizatów komórek docelowych z lekiem w różnych temperaturach przez określony czas, białko związane z lekiem wykazuje zwiększoną stabilność termiczną, dzięki czemu jest mniej podatne na denaturację i wytrącanie. Wytrącone niezwiązane białka są następnie usuwane przez wirowanie, a interakcje lek-cel są następnie identyfikowane za pomocą analizy western blot supernatantu22. Aby zidentyfikować potencjalne cele molekularne Sal, wybrano CETSA w celu oceny jego powinowactwa do wiązania z białkami związanymi ze szlakiem AMPK/Sirt1/HIF-1α.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Szczegóły handlowe dotyczące odczynników i sprzętu użytego w tym badaniu znajdują się w Tabeli Materiałów.
1. Przygotowanie roztworu
2. Hodowla komórkowa
UWAGA: Hodowla komórek HT22 i model hipoksji stymulowanej CoCl2 zostały ustalone zgodnie z poprzednim raportem21.
3. Test zawartości nukleotydów (ATP, ADP i AMP)
4. Test komórkowego przesunięcia termicznego (CETSA)
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Krzywe wzorcowe dla ATP, ADP i AMP wykrytych za pomocą HPLC wynosiły odpowiednio Y = 7006,5X - 222,99, Y = 5217,3X - 17,796 oraz Y = 9280,1X + 22,749 (Rysunek 1A-C). Zawartość nukleotydów zmierzoną w każdej grupie metodą HPLC obliczono przy użyciu krzywych wzorcowych (Rysunek 1D-I). Stwierdzono, że CoCl2 znacząco obniżył poziomy ATP i ADP w komórkach HT22 w porównaniu z grupą kontroln...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Mitochondria są kluczowymi organellami zaangażowanymi w terapeutyczną profilaktykę HHBI 23,24,25. Wcześniejsze badania przeprowadzone przez grupę potwierdziły, że Sal reguluje ekspresję białek AMPK, Sirt1 i HIF-1α, poprawiając funkcję mitochondriów neuronów i chroniąc przed HHBI21,24. Jednak bezpośredni wpływ Sal na nukleotydy w niedotlenionych komórkach wymaga dalszych ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (82274207 i 82474185), Departament Nauki i Technologii Prowincji Syczuan (2024NSFSC1845), Fundację Naukową dla Młodzieży Departamentu Nauki i Technologii Prowincji Syczuan (2023NSFSC1776), Kluczowy Program Badawczo-Rozwojowy Ningxia (2023BEG02012), Projekt Wspierania Talentów Młodzieżowych Chińskiego Stowarzyszenia Medycyny Chińskiej na lata 2024-2026 (2024-QNRC2-B07) oraz Xinglin Projekt Promocji Badań Naukowych Uniwersytetu TCM w Chengdu (XKTD2022013 i QJJJ2024027).
WKŁAD AUTORA:
Pomysłodawcami tego projektu byli Xiaobo Wang, Yating Zhang, Ya Hou, Rui Li i Xianli Meng. Yating Zhang, Ya Hou i Tingting Kuang przeprowadzili eksperymenty i przeanalizowali dane. Yating Zhang i Hong Jiang napisali manuskrypt. Xiaobo Wang i Xianli Meng poprawili manuskrypt. Wszyscy autorzy przeczytali i zatwierdzili ostateczną wersję manuskryptu.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Acetonitryl | Aladdin | A104440 | |
| 0,22 &mikro; m membrana wodna | Jinteng | JTMF0445 | |
| 0,22 &mikro; m mikroporowata membrana filtracyjna typu igłowego | Jinteng | JTSFM013001 | |
| 0,45 i mikro; m membrana organiczna | Oprogramowanie Jinteng | JTMF0448 | |
| Agilent OpenLab | Agilent | Wersja 2.X | |
| Przeciwciało-AMPKα | Technologia sygnalizacji komórkowej | #2532 | |
| Przeciwciało-HIF-1&alfa; | Technologia sygnalizacji komórkowej | #41560 | |
| Przeciwciało-p-AMPK&alfa; | Technologia sygnalizacji komórkowej | #50081 | |
| Technologia sygnalizacji komórkowej | przeciwciało-Sirt1 | 2028 | |
| Technologia sygnalizacji komórkowej | przeciwciała-β-aktyny | #4970 | |
| Zestaw do oznaczania stężenia białka BCA | Technologia biologiczna Boster | 17E17B46 | |
| Albumina surowicy bydlęcej | Cywin Innovation (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. | SW127-02 | |
| Inhibitor fosfatazy o szerokim spektrum działania (100 razy;) | Boster Biological Technology | AR1183 | |
| Kolumna chromatograficzna | Agilent | SB-C18 | |
| CoCl2 | Sigma | 15862 | |
| Wytrząsarka do odbarwiania | Kylin-Bell | TS-2 | |
| Dorsomorphin | MedChemExpress (MCE) | HY-13418A | |
| Zmodyfikowany orzeł Dulbecco średni | Gibco | 8121587 | |
| Bufor do elektroforezy | NCM Biotech | 20230801 | |
| Płodowa surowica bydlęca | Gibco | 2166090RP | |
| Koza Anty-królicza IgG H& L (TRITC) | ZenBioScience Co., Sp. z o.o. | ||
| Oprogramowanie GraphPad Prism | Oprogramowanie GraphPad, LLC | Wersja 9.0.0 | |
| Wysokosprawna chromatografia cieczowa | Agilent | 1260 Infinity II Prime | |
| Wirówka z chłodzeniem o dużej prędkości | Thermo Fisher Scientific | Legend Micro 17R | |
| HRP sprzężona kozia koza anty-królicza IgG (H + L) | Boster Biological Technology Co., Ltd. | Ogniwa BA1054 | |
| HT22 | Guangzhou Jennio Biotech Co., Ltd. | JNO-02001 | |
| Nadczuły zestaw chemiluminescencyjny ECL | NCM Biotech | P10300 | |
| Oprogramowanie Image J | National Institutes of Health | v1.8.0 | |
| Przyrząd do kontroli temperatury ogrzewania metalu | Baiwan Electronictechnology Co., Ltd. | HG221-X3 | |
| M116118 | metanolu | aladyny | |
| (ATP, ADP i AMP) | Beijing Solarbio Science & Technologia Co., Sp. z o.o. | BC5114 | |
| PAGE Zestaw do szybkiego przygotowania żelu | Biosharp | PL566B-5 | |
| Penicylina-streptomycyna | NCM Biotech | C125C5 | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanem (1&razy;) | Gibco | 8120485 | |
| Wstępnie barwiony marker białkowy (10-180 kDa) | Cywin Innovation (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. | SW176-02 | |
| Bufor ładujący białko (5x) | Boster Biological Technology | AR1112 | |
| PVDF (0,45 μ m) | Cywin Innovation (Pekin) Biotechnology Co., Ltd. | SW120-01 | |
| Rozwiązanie do szybkiego transferu membrany | Cywin Innovation (Beijing) Biotechnology Co., Ltd. | SW171-02 | |
| Lizaat RIPA | Boster Biological Technology Co., Ltd. | AR0105 | |
| Salidrozyd | Chengdu Herbpurify Co., Ltd. | RFS-H0400191102 | |
| Bufor TBS | NCM Biotech | 23HA0102 | |
| Bufor transbłonowy | NCM Biotech | 23CA2000 | |
| Trypsyna (0,25%, 1&razy;) | HyClone | J210045 | |
| Tween 20 | Shanghai Canspec Scientific Instruments Co., Ltd. | ||
| Ultradźwiękowy aparat do rozbijania komórek | Ningbo Xinyi sprzęt ultradźwiękowy Co., Ltd. | JY92-IIDN | |
| System obrazowania Visionworks | Analytik Jena | UVP ChemStudio | |
| Mikser Vortex | Kylin-Bell | XW-80A |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten artykuł został opublikowany
Film wkrótce dostępny