Protokół opisuje identyfikację kilku nowych genów różnicowych związanych z disulfideptozą, związanych z uszkodzeniem niedokrwienno-reperfuzyjnym mięśnia sercowego, poprzez analizę bioinformatyczną i walidację eksperymentalną.
Artykuł metodologiczny
Protokół opisuje identyfikację kilku nowych genów różnicowych związanych z disulfideptozą, związanych z uszkodzeniem niedokrwienno-reperfuzyjnym mięśnia sercowego, poprzez analizę bioinformatyczną i walidację eksperymentalną.
Uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne mięśnia sercowego (MIRI) to dodatkowe uszkodzenie, które występuje podczas procesu przywracania przepływu krwi w tkance serca po urazie spowodowanym niedokrwieniem. MIRI ma poważny wpływ na skuteczność oraz krótko- i długoterminowe rokowanie reperfuzji po zawale mięśnia sercowego. Obecnie mechanizm działania MIRI nie jest do końca jasny. Dwusiarczkoza jest nowym sposobem śmierci komórki, a związek między MIRI a ekspresją genów związanych z dwusiarczkiem (DRG) jest nadal niejasny. Po pierwsze, w badaniu tym zbadano geny o zróżnicowanej ekspresji związane z dwusiarczkowcem w MIRI poprzez analizę bioinformatyczną. Po drugie, dzięki skonstruowaniu szczurzego modelu MIRI, DRG zostały dodatkowo wykryte. W badaniu tym zidentyfikowano 12 powiązanych genów, w tym Myh9, SLC7A11, SLC3A2, Myh7b, ACTB, FLNB, Actn1, Actn4, Flnc, Dbn1 i Pdlim1. Tkanka mięśnia sercowego szczurów z MIRI wykazuje oczywiste uszkodzenia patologiczne i zdarzenia apoptozy. Wyniki immunohistochemii wykazały, że stymulacja MIRI zwiększała ekspresję białka GLUT1 w tkance mięśnia sercowego, ale ograniczała ekspresję białka F-aktyny. Ponadto znaczące różnice w ekspresji trzech białek zweryfikowano przy użyciu zewnętrznych zestawów danych i szczurzych modeli MIRI. Badanie to wykazało, że DRG mają znaczącą wartość predykcyjną w MIRI, zapewniając nowe perspektywy badania biomarkerów i potencjalnych celów terapeutycznych MIRI.
Ostra choroba mięśnia sercowego (AMI) jest ciężką chorobą sercowo-naczyniową i pozostaje główną przyczyną śmiertelności na świecie. Przezskórna interwencja wieńcowa znacznie zmniejszyła śmiertelność u pacjentów z AMI1. Jednak terapii reperfuzyjnej mającej na celu przywrócenie ukrwienia mięśnia sercowego towarzyszy szereg niekorzystnych reakcji patologicznych i fizjologicznych. Procesy te mogą prowadzić do zwiększenia rozmiaru zawału, śmierci komórek mięśnia sercowego, utrzymujących się arytmii komorowych i nagłej śmierci2. Uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne mięśnia sercowego (MIRI) to złożona choroba sercowo-naczyniowa, na którą wpływają takie czynniki, jak cytokiny, chemokiny, czynniki wzrostu, stres oksydacyjny i przeciążenie wapniem3. Łagodzenie skutków wystąpienia objawów MIRI pozostaje poważnym wyzwaniem.
Ostatnio, disulfideptoza pojawiła się jako nowa forma śmierci komórki, charakteryzująca się szybkim załamaniem się sieci aktynowej cytoszkieletu z powodu nadmiernego nagromadzenia dwusiarczków, w tym cysteiny, w komórkach, co wynika z wyczerpania NADPH+. Nadmierna akumulacja dwusiarczku zaburza wiązania dwusiarczkowe między białkami cytoszkieletu, prowadząc do migracji aktyny i śmierci komórki4,5. W przeciwieństwie do wcześniej opisanych form śmierci komórki, takich jak apoptoza, martwica, piroptoza i ferroptoza, dwusiarczkowość jest inicjowana przez nadmierną agregację wewnątrzkomórkowych dwusiarczków i nie jest antagonizowana przez specyficzne inhibitory innych szlaków śmierci komórki. Jako charakterystyczna śmierć komórki, dowody wskazują, że nadekspresja SLC7A11 wywołana niedoborem glukozy w komórkach może wywołać disilekdozę4. Po MIRI, niewystarczające wydzielanie insuliny może wywołać hipoglikemię, a następnie disiłkowidzę, co może powodować dalsze uszkodzenia komórek mięśnia sercowego i może być jednym z nowych mechanizmów MIRI5.
W tym badaniu, głównym celem było wykorzystanie obszernych baz danych ekspresji genów, takich jak Gene Expression Omnibus (GEO), do analizy różnicowej ekspresji genów między próbkami normalnymi i MIRI. Przeprowadziliśmy analizę krzyżową między genami o zróżnicowanej ekspresji a genami związanymi z dwusiarczkozą, w celu zidentyfikowania genów związanych z dwusiarczkiem (DRG), które wykazują zróżnicowaną ekspresję w MIRI. Algorytmy uczenia maszynowego zostały wykorzystane do identyfikacji kluczowych genów, a my zweryfikowaliśmy wzorce ekspresji wybranych genów różnicowych będących przedmiotem zainteresowania za pomocą modelu zwierzęcego. Takie podejście zapewnia świeżą perspektywę w kierunku głębszego zrozumienia potencjalnych mechanizmów leżących u podstaw wystąpienia i progresji MIRI. Głównym celem tych badań było zbadanie nowego mechanizmu śmierci komórki w MIRI, odkrycie powiązanych genów różnicowych i przeprowadzenie wstępnych eksperymentów w celu potwierdzenia tych ustaleń. Ostatecznym celem było zidentyfikowanie nowych celów terapeutycznych w celu złagodzenia MIRI w oparciu o ten pojawiający się mechanizm śmierci komórki.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Do tego badania wybrano dziewięć samców szczurów Sprague-Dawley (SD) w wieku 6-8 tygodni i wadze 180-220 g z Hubei Experimental Animal Research Center [SCXK (Hubei) 20200018]. Szczury trzymano w kurnikach wolnych od patogenów w celu aklimatyzacji przez 1 tydzień, z cyklem światła i ciemności trwającym 12 godzin/12 godzin, swobodnym piciem i jedzeniem. Obecne badanie zostało przeprowadzone za zgodą Komisji Etyki Zwierząt Trzeciego Szpitala Stowarzyszonego Uniwersytetu Medycznego Zunyi (numer zgody: (2016)-1-56). Wszystkie zabiegi zostały wykonane zgodnie z zaleceniami zawartymi w Przewodniku po opiece i użytkowaniu zwierząt laboratoryjnych wydanym przez amerykańskie National Institutes of Health. Wdrożono rygorystyczne środki w celu zminimalizowania liczby wykorzystywanych zwierząt i złagodzenia ich cierpienia.
1. Różnicowa analiza ekspresji genów związanych z MIRI i dwusiarczkowcem
UWAGA: Dane sekwencjonowania RNA z MIRI o nazwie GSE214122 zostały wybrane do badań przesiewowych genów związanych z dwusiarczkiem zgodnie z raportem literaturowym6.
2. Budowa modelu szczura MIRI
3. Zbieranie tkanek serca3
4. Barwienie hematoksyliną-eozyną (H&E)
5. Test TUNEL
6. Barwienie immunohistochemiczne
7. Wykrywanie Western blot
UWAGA: Bufor do lizy i inhibitor proteazy zostały włączone do zestawu do kwantyfikacji białka BCA (patrz Tabela materiałów).
8. Analiza statystyczna
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przesiewowe badanie DRG w MIRI
Zbiór danych GSE214122 z Gene Expression Omnibus zawierał dane z trzech próbek kontrolnych (sham) i trzech próbek MIRI. Przy użyciu pakietu DESeq2 w języku R zidentyfikowano 1233 geny różnicowo wyrażone (DEG) pomiędzy próbkami MIRI a kontrolnymi. Na podstawie kryteriów |log2FC|>2 oraz FDR<0.05, przy użyciu pakietu pheatmap w R, wyselekcjonowano 417 genów o istotnych różnicach w ekspresji (Rysunek 1A). Następnie, na
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dwusiarczkoza jest ściśle związana z cytoszkieletem aktyny, krytyczną strukturą komórkową niezbędną do utrzymania kształtu i żywotności komórki. Cytoszkielet aktynowy, składający się z włókien aktynowych, nadaje ogólny kształt i strukturę komórkową. F-aktyna służy jako marker cytoszkieletu komórkowego, a w warunkach głodu glukozy wiązania dwusiarczkowe znacznie wzrastają, co prowadzi do obniżenia poziomu F-aktyny. Zjawisko to dotyczy przede wszystkim procesów i szlaków związanych z cytoszkieletem aktynowym i adhezją komó...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie było wspierane przez Biuro Nauki i Technologii Prowincji Guizhou (Qiankehe [2022]-583) oraz Administrację Tradycyjnej Medycyny Chińskiej prowincji Guizhou (QZYY-2016-019).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 75% alkoholu | Hunan Tongruijian Pharmaceutical Co. Ltd., Hunan, Chiny | 85026 | |
| 6-0 nylonowy szew | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Supplies Co. Ltd., Szanghaj, Chiny | CS002 | |
| Zestaw do oznaczania ilościowego białka BCA | Beyotime Biotechnology, Szanghaj, Chiny | P0011 | |
| Albumina surowicy byka | Beyotime Biotechnology, Szanghaj, Chiny | ST2254 | |
| Wirówka | Hunan Kaida Scientific Instrument Co. Ltd., Hunan, Chiny | KH19A | |
| DAB zestaw do rozwoju koloru peroksydazy chrzanowej | Beyotime Biotechnology, Szanghaj, Chiny | P0203 | |
| Roztwór do barwienia DAPI | Beyotime Biotechnology, Szanghaj, Chiny | Pakiet | |
| DESeq2 | Wersja 4.1 | ||
| Kelmerpp | 235376 | ||
| Wzmocniony endogenny bufor blokujący peroksydazę | Beyotime Biotechnology, Szanghaj, Chiny | P0100B | |
| Bibuła filtracyjna | Nanjing Keruicai Equipment Co., Ltd., Nanjing, Chiny | 1.00049E+11 | |
| Mikroskop fluorescencyjny | Baza danych Nikon | ECLIPSE Ci | |
| GEO | https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ | ||
| Szlifierka do szkła | Shanghai Leigu Instrument Co. Ltd., Szanghaj, Chiny | B-013002 | |
| GraphPad Pryzmat | GraphPad Oprogramowanie | V8.0 | |
| Zestaw do barwienia hematoksyliny i eozyny | Beyotime Biotechnology, Szanghaj, Chiny | C0105M | |
| Oprogramowanie Image J | National Institutes of Health, Bethesda, USA | v1.8.0 | |
| Ulepszony roztwór do pobierania antygenu cytrynianowego (50X) | Beyotime Biotechnology, Szanghaj, Chiny | P0083 | |
| Iodophor | Folca, Shenzhen, Chiny | 1.00077E+11 | |
| Mikroskop optyczny | Nikon | ECLIPSE Ci | |
| Roztwór buforowy fosforanu | Beyotime Biotechnology, Szanghaj, Chiny | C0221A | |
| przeciwko GLUT1 | Proteintech Group, Inc, Wuhan, Chiny | 21829-1-AP | |
| Pierwszorzędowe przeciwciała przeciwko MYH9 | Proteintech Group, Inc, Wuhan, Chiny | 11128-1-AP | |
| Pierwszorzędowe przeciwciała przeciwko SLC3A2 | Wuhan Lingsi Biotechnology Co., Ltd., Wuhan, Chiny | LJS-D-7468 | |
| Pierwszorzędowe przeciwciała przeciwko SLC7A11 | Proteintech Group, Inc, Wuhan, Chiny | 26864-1-AP | |
| Przyrząd do wizualizacji białek | Thermo Fisher Scientific Inc. | iBright CL750 | |
| Tablica szczurów | Zhengzhou Haopai Biotechnology Co. Ltd., Zhengzhou, Chiny | Skalpel JPB-E | |
| Shanghai Lianhui Medical Supplies Co., Ltd., Szanghaj, Chiny | 1.00471E+13 | ||
| Przeciwciało wtórne | Wuhan Boster Biological Technology, Ltd., Wuhan, Chiny | BA1054 BA1054 | |
| STRING Baza danych | https://cn.string-db.org/ | wersja 12.0 | |
| Triton X-100 | Beyotime Biotechnology, Szanghaj, Chiny | ST1722 | |
| TUNEL | Proteintech Group, Inc., Wuhan, Chiny | PF00009 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie