O presente estudo identificou um mecanismo único pelo qual o salidrosídeo exerce efeitos protetores mitocondriais em células HT22 hipóxicas, em parte através da via AMPK/Sirt1/HIF-1α.
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Artigo de investigação
O presente estudo identificou um mecanismo único pelo qual o salidrosídeo exerce efeitos protetores mitocondriais em células HT22 hipóxicas, em parte através da via AMPK/Sirt1/HIF-1α.
Descobriu-se que o salidrosídeo (Sal), um ingrediente ativo da Rhodiola crenulata (Hook. f. et Thoms.) H. Ohba exerce efeitos protetores mitocondriais, melhorando o metabolismo e aumentando o suprimento de energia das células cerebrais em condições hipóxicas. No entanto, seu mecanismo de ação não foi totalmente esclarecido. No presente estudo, a cromatografia líquida de alta eficiência foi empregada pela primeira vez para analisar os efeitos do Sal nos níveis de nucleotídeos (ATP, ADP e AMP). O ensaio de deslocamento térmico celular (CETSA), um método de interação molecular amplamente utilizado para validar e quantificar o envolvimento do alvo do medicamento em células e tecidos em diferentes espécies, foi então escolhido para confirmar a afinidade de Sal por proteínas relacionadas à via AMPK / Sirt1 / HIF-1α. Os resultados revelaram que Sal aumentou os níveis de ATP e ADP em células HT22 hipóxicas enquanto reduzia os níveis de AMP. Além disso, Sal exibiu ligação estável às proteínas AMPKα, p-AMPKα, Sirt1 e HIF-1α. Em conclusão, o Sal pode exercer efeitos protetores mitocondriais modulando a via AMPK/Sirt1/HIF-1α para regular o conteúdo de nucleotídeos. Este estudo fornece um referencial metodológico para análise de conteúdo de nucleotídeos em amostras de células e contribui para a identificação e descoberta de alvos para compostos derivados da medicina tradicional chinesa.
O cérebro é altamente sensível ao oxigênio devido às suas altas demandas metabólicas, capacidade glicolítica limitada e dependência da fosforilação oxidativa. Como resultado, a exposição a um ambiente com baixo teor de oxigênio em grandes altitudes pode levar prontamente à lesão cerebral hipóxica hipobárica (HHBI)1,2. Estudos epidemiológicos indicam que quando indivíduos não aclimatados a grandes altitudes ascendem rapidamente a regiões de alta altitude, a incidência de doença aguda da montanha pode chegar a 75%, com uma taxa de letalidade de aproximadamente 1% para casos graves. Além disso, na ausência de cuidados médicos, as taxas de mortalidade por edema cerebral ou pulmonar de grandes altitudes podem chegar a 40%3,4.
O ICHB apresenta um amplo espectro de sintomas clínicos. Casos leves a moderados podem incluir dores de cabeça, tontura e perda de memória5, enquanto casos graves podem resultar em comprometimento cognitivo, alteração da consciência e resultados potencialmente fatais5. A prevenção e o tratamento do HHBI em regiões de alta altitude tornaram-se um foco importante da pesquisa médica. As estratégias preventivas envolvem principalmente o treinamento adaptativo em ambientes de alta altitude, incluindo repouso adequado, dieta bem balanceada, nutrição adequada e exercícios físicos adequados 6,7. Além disso, as intervenções farmacológicas destinadas a proteger as células cerebrais e aliviar a hipóxia cerebral permanecem centrais para a pesquisa atual do HHBI.
As mitocôndrias servem como centros primários de produção de energia dentro das células, sintetizando trifosfato de adenosina (ATP) para atender às demandas de energia celular. Em condições hipóxicas, a produção de energia mitocondrial diminui, levando à redução dos níveis de ATP e ao comprometimento da função celular8. A lesão hipóxica também interrompe a regulação mitocondrial do Ca2+ e a homeostase do pH, desencadeando apoptose e necrose 9,10. Existe uma relação que se reforça mutuamente entre a disfunção mitocondrial e a lesão cerebral hipóxica. Por um lado, o comprometimento mitocondrial induzido por hipóxia exacerba a deficiência de oxigênio, reduzindo ainda mais o metabolismo energético celular, criando um ciclo vicioso. Por outro lado, a disfunção mitocondrial eleva os níveis intracelulares de Ca2+, ativando cascatas apoptóticas e levando à morte celular11. Embora os mecanismos subjacentes à lesão cerebral hipóxica permaneçam complexos e não totalmente compreendidos, vários estudos identificaram o metabolismo energético mitocondrial neuronal prejudicado como um fator crítico em sua patogênese12,13. Portanto, uma exploração mais aprofundada da função mitocondrial pode fornecer informações valiosas sobre potenciais alvos terapêuticos para lesão cerebral hipóxica.
O salidrosídeo (Sal) é um ingrediente ativo extraído da planta do planalto Rhodiola crenulata (Hook. f. et Thoms.) H. Ohba e é amplamente utilizado em alimentos, produtos de saúde e produtos farmacêuticos14. A fórmula molecular do Sal é C14H20O7, e também é conhecido como 2- (4-hidroxifenil) -etil β-D-glicopiranosídeo. Possui diversas propriedades farmacológicas, incluindo efeitos anti-hipóxia, antioxidante, antifadiga, antitumoral, imunomodulador, anti-inflamatório e protetor cardiovascular e cerebrovascular 15,16,17. Entre estes, seu efeito anti-hipóxia é um dos mais bem documentados. Estudos recentes têm destacado cada vez mais os efeitos protetores mitocondriais significativos do Sal como um mecanismo potencial para seus efeitos preventivos e terapêuticos na lesão cerebral induzida por platô em camundongos14,18. No entanto, os mecanismos moleculares precisos pelos quais o Sal influencia os níveis de ATP, ADP e AMP permanecem pouco compreendidos.
A proteína quinase ativada por AMP (AMPK) atua como um sensor de energia chave que ajuda a manter a homeostase da energia celular. A ativação da AMPK estimula a Sirtuína 1 (Sirt1), levando a um aumento nos níveis intracelulares de NAD+ 19. Estudos mostraram que Sirt1 pode regular o fator 1-alfa induzível por hipóxia (HIF-1α) para coordenar a resposta celular à hipóxia20. Pesquisas anteriores demonstraram que o Sal inibe a abertura do poro de transição da permeabilidade mitocondrial neuronal, regula os processos de energia mitocondrial mediados pelo HIF-1α, atenua a apoptose neuronal e mantém a integridade da barreira hematoencefálica, protegendo assim os ratos da lesão cerebral induzida pelo platô14,21. No entanto, o efeito do Sal no ATP e seus metabólitos, ADP e AMP, permanece incerto.
Para investigar isso, a cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) foi empregada pela primeira vez para quantificar os níveis desses três nucleotídeos. Além disso, foi utilizado o ensaio de deslocamento térmico celular (CETSA), uma técnica biofísica amplamente utilizada introduzida em 2013 para estudar as interações ligante-proteína em células intactas22. Este método é comumente aplicado para validar e quantificar o envolvimento do alvo do medicamento em células e tecidos em diferentes espécies. Especificamente, após a co-incubação de lisados de células-alvo com o medicamento em temperaturas variadas por um período definido, a proteína ligada ao medicamento exibe maior estabilidade térmica, tornando-a menos propensa à desnaturação e precipitação. As proteínas não ligadas precipitadas são então removidas por centrifugação e as interações medicamento-alvo são subsequentemente identificadas por meio da análise de western blot do sobrenadante22. Para identificar potenciais alvos moleculares de Sal, o CETSA foi selecionado para avaliar sua afinidade de ligação com proteínas relacionadas à via AMPK / Sirt1 / HIF-1α.
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Os detalhes comerciais dos reagentes e do equipamento usado neste estudo são fornecidos na Tabela de Materiais.
1. Preparação da solução
2. Cultura celular
NOTA: A cultura de células HT22 e o modelo de hipóxia estimulada por CoCl2 foram estabelecidos de acordo com um relatório anterior21.
3. Ensaio de conteúdo de nucleotídeos (ATP, ADP e AMP)
4. Ensaio de deslocamento térmico celular (CETSA)
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As curvas padrão para ATP, ADP e AMP detectadas por HPLC foram Y = 7006,5X - 222,99, Y = 5217,3X - 17,796 e Y = 9280,1X + 22,749, respectivamente (Figura 1A-C). Os teores de nucleotídeos medidos em cada grupo por HPLC foram calculados usando as curvas padrão (Figura 1D-I). Verificou-se que o CoCl2 reduziu significativamente os níveis de ATP e ADP nas células HT22 em comparação com o g...
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As mitocôndrias são organelas-chave envolvidas na prevenção terapêutica do HHBI 23,24,25. Estudos anteriores do grupo confirmaram que o Sal regula a expressão das proteínas AMPK, Sirt1 e HIF-1α, melhorando a função mitocondrial neuronal e protegendo contra o HHBI21,24. No entanto, o efeito direto do Sal nos nucleotídeos em células hipóxi...
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Os autores não têm nada a divulgar.
Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (82274207 e 82474185), pelo Departamento de Ciência e Tecnologia da Província de Sichuan (2024NSFSC1845), pela Fundação de Ciências para Jovens do Departamento de Ciência e Tecnologia da Província de Sichuan (2023NSFSC1776), pelo Programa Chave de Pesquisa e Desenvolvimento de Ningxia (2023BEG02012), pelo Projeto de Apoio ao Talento Juvenil da Associação Chinesa de Medicina Chinesa para 2024-2026 (2024-QNRC2-B07) e pela Pesquisa Acadêmica Xinglin Projeto de Promoção da Universidade de TCM de Chengdu (XKTD2022013 e QJJJ2024027).
CONTRIBUIÇÃO DO AUTOR:
Xiaobo Wang, Yating Zhang, Ya Hou, Rui Li e Xianli Meng conceberam este projeto. Yating Zhang, Ya Hou e Tingting Kuang realizaram os experimentos e analisaram os dados. Yating Zhang e Hong Jiang escreveram o manuscrito. Xiaobo Wang e Xianli Meng revisaram o manuscrito. Todos os autores leram e aprovaram o manuscrito final.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Acetonitrila | Aladdin | A104440 | |
| 0,22 µ m membrana aquosa | Jinteng | JTMF0445 | |
| 0,22 µ Membrana de filtro microporoso tipo agulha m | Jinteng | JTSFM013001 | |
| 0,45 µ m membrana orgânica | Jinteng | JTMF0448 | |
| software Agilent OpenLab | Anticorpo Agilent | Versão 2.X-AMPK | |
| α | Tecnologia de Sinalização Celular | #2532 | |
| Anticorpo-HIF-1&alfa; | Tecnologia de Sinalização Celular | #41560 | |
| Anticorpo-p-AMPK&alfa; | Tecnologia de Sinalização Celular | # 50081 | |
| Anticorpo-Sirt1 | Tecnologia de Sinalização Celular | # 2028 | |
| Anticorpo-β-actina | Tecnologia de Sinalização Celular | # 4970 | |
| Kit de ensaio de concentração de proteína BCA | Boster Biological Technology | 17E17B46 | |
| Albumina de soro bovino | Cywin Innovation (Pequim) Biotechnology Co., Ltd. | SW127-02 | |
| Inibidor de fosfatase de amplo espectro (100 vezes;) | Boster Biological Technology | AR1183 | |
| Agilent | SB-C18 | ||
| CoCl2 | Sigma | 15862 | |
| Agitador de descolorização | Kylin-Bell | TS-2 | |
| Dorsomorphin | MedChemExpress (MCE) | HY-13418A | |
| Águia modificada de Dulbecco médio | Gibco | 8121587 | |
| tampão de eletroforese | NCM Biotech | 20230801 | |
| Soro bovino fetal | Gibco | 2166090RP | |
| Cabra Anti-coelho IgG H & L (TRITC) | ZenBioScience Co., Ltd. | ||
| GraphPad Software Prism | Software GraphPad, LLC | Versão 9.0.0 | |
| Cromatografia líquida de alto desempenho | Agilent | 1260 Infinity II Prime | |
| Centrífuga refrigerada de alta velocidade | Thermo Fisher Scientific | Legend Micro 17R | |
| HRP conjugado affinipure cabra anti-coelho IgG (H + L) | Boster Biological Technology Co., Ltd. | BA1054 | |
| HT22 Fornecedor | verificado - Guangzhou Jennio Biotech Co., Ltd. | JNO-02001 | |
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| Image J software | National Institutes of Health | v1.8.0 | |
| Instrumento de controle de temperatura de aquecimento de metal | Baiwan Electronictechnology Co., Ltd. | Kit de | |
| Fornecedor:Technology Co., Ltd. | BC5114 | ||
| PAGE gel kit de preparação rápida | Biosharp | PL566B-5 | |
| Penicilina-estreptomicina | NCM Biotech | C125C5 | |
| Solução salina tamponada com fosfato (1 e vezes;) | Gibco | 8120485 | |
| Marcador de proteína de cor pré-corado (10-180 kDa) | Cywin Innovation (Pequim) Biotechnology Co., Ltd. | SW176-02 | |
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| PVDF (0,45 μ m) | Cywin Inovação (Pequim) Biotecnologia Co., Ltd. | SW120-01 | |
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| Salidroside | Chengdu Herbpurify Co., Ltd. | RFS-H0400191102 | |
| TBS tampão | NCM Biotech | 23HA0102 | |
| Tampão transmembrana | NCM Biotech | 23CA2000 | |
| Tripsina (0,25%, 1 e vezes;) | HyClone | J210045 | |
| Tween 20 | Shanghai Canspec Scientific Instruments Co., Ltd. | ||
| Aparelho ultrassônico de ruptura de células | Ningbo Xinyi ultrasonic equipment Co., Ltd. | Misturador | |
| Visionworks | |||
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