Etik beyanı
Bu çalışma, Shijiazhuang Dördüncü Hastanesi Etik Kurulu tarafından onaylanmıştır (Onay No. 20200031). Örnek toplama işleminden önce tüm plasenta dokusu donörlerinden yazılı bilgilendirilmiş onam alınmıştır. İnsan katılımcıları içeren tüm prosedürler Helsinki Deklarasyonu'na uygun olarak yürütülmüştür. Bu protokolde kullanılan reaktiflerin, sarf malzemelerinin, ekipmanların ve yazılımların tam listesi Materyal Tablosunda sunulmuştur.
Veri toplama
RNA-seq verileri GEO veri tabanından elde edilmiştir. Veri setleri arasında, 157 PE plasentası ve 173 non-PE plasentasından gelen gen ekspresyon verilerini içeren GSE75010 (N = 330) bulunmaktadır. GSE10588, 26 normal plasenta ve 17 şiddetli PE plasentasından alınan gen ekspresyon verilerini içermektedir (N = 43). GSE60438, preeklamptik hastalar ve normotansif gebeliklerden alınan decidua basalis'e ait transkriptom profilleme verilerini içermektedir (N = 125). Tek hücreli transkriptom verileri GEO veri seti GSE183338'den elde edilmiştir. Bu veri seti, PE ve sağlıklı gebeliklerin koryonik villus/maternal-fetal ara yüzeyinden alınan tek çekirdekli örnekleri içermektedir.
DEG analizi
PE ile ilişkili DEG'lerin bulunduğu GSE75010, GSE10588 ve GSE60438 veri setleri önce ön işleme tabi tutulmuş ve normalize edilmiştir. Ardından, örnek gruplandırma bilgilerine dayanarak R paketi “limma”14 kullanılarak diferansiyel analiz gerçekleştirilmiştir. p < 0.05 ve |log2FC| > 0.5 olan genler seçilmiştir. DEG'lerin yanardağ grafikleri (volcano plots) R paketi ggplot2 kullanılarak oluşturulmuştur. En üstteki 20 DEG'nin ısı haritaları R paketi pheatmap kullanılarak çizilmiştir. Sonrasında, üç veri setinden seçilen DEG'lerin kesişimi alınmış ve etkileşim skoru ≥0.15 olacak şekilde STRING çevrimiçi platformu kullanılarak aday genler için bir protein-protein etkileşim (PPI) ağı kurulmuştur. Bu PPI ağındaki en üstteki 20 hub gen, Cytoscape yazılımı kullanılarak sıralanan bağlantı derecelerine göre belirlenmiştir. PPI ağı sonuçları Cytoscape yazılımı veya STRING kullanılarak görselleştirilmiştir.
Zenginleştirme analizi
Gen zenginleştirme analizi, ClusterProfiler ve DOSE paketleri Metascape web sitesi ile kombinasyon halinde kullanılarak gerçekleştirildi. Veritabanları GO ve KEGG'den elde edildi. Zenginleştirme analizi “EnrichGO” fonksiyonu kullanılarak yürütüldü. p < 0.05 değerine sahip yolaklar anlamlı şekilde zenginleşmiş olarak kabul edildi. Zenginleştirme sonuçları “ggplot2” ve “ggpubr” paketleri kullanılarak görselleştirildi.
Makine öğrenimi
PE ile ilişkili, güçlü ve biyolojik olarak anlamlı DEG'leri belirlemek amacıyla, kamuya açık transkriptom veri seti GSE60438 (platform: GPL6884) temel alınarak çok modelli bir makine öğrenimi özellik seçimi analizi gerçekleştirilmiştir. Bu veri seti, sezaryen sırasında pre-eklamptik ve normotansif gebeliklerden toplanan decidua basalis örneklerinin ekspresyon profillerini içermektedir. Ön filtrelenmiş DEG'ler standardize edilmiş ve model yanlılığını azaltmak ve özellik seçiminin stabilitesini artırmak amacıyla ekspresyon matrisi, ilgili klinik gruplandırma bilgileriyle birlikte dört farklı makine öğrenimi algoritması için girdi olarak kullanılmıştır.
Dört algoritma, belirli bir sıra olmaksızın eş zamanlı olarak uygulanmıştır. Regresyon analizi yapmak ve önemli özellik genlerini seçmek için “glmnet” paketi kullanılarak LASSO uygulanmıştır. Kayıp fonksiyonuna, daha az önemli özelliklerin katsayılarını sıfıra indirgeyerek özellik seçimini sağlayan bir L1 regülarizasyon terimi eklenmiştir. Özyinelemeli özellik eleme ile bir destek vektör makinesi oluşturmak için “e1071” paketi kullanılarak SVM-RFE uygulanmıştır. İlk olarak SVM kullanılarak bir sınıflandırıcı eğitilmiş ve en az bilgi veren özellikler, özellik ağırlıklarına göre yinelemeli olarak kaldır 남아larak optimal bir özellik alt kümesi elde edilmiştir. Birden fazla karar ağacı oluşturmak için “xgboost” paketi kullanılarak XGBoost uygulanmıştır. Her ağaç, bir önceki ağacın artıklarını sığdırmış ve nihai tahmini elde etmek için ağırlıklı çıktılar biriktirilmiştir. “randomForest” paketi kullanılarak Boruta uygulanmış ve rastgele orman eğitiminde gerçek özelliklerle yarışan gölge özellikler oluşturulmuştur. Önem değerleri rastgele gürültüden anlamlı derecede yüksek olan özellikler tutulmuştur.
Tek hücreli transkriptom veri analizi
Tek hücreli transkriptom verileri GEO veritabanından elde edilmiş ve ham sayım matrisi GSE183338'den alınmıştır. Sayım matrisi, Seurat paketinin “Read10X” fonksiyonu kullanılarak içe aktarılmış ve dgCMatrix formatına dönüştürülmüştür. Münferit nesneler, “merge” fonksiyonu kullanılarak tek bir toplam nesne altında birleştirilmiş ve hücre etiketleri “RenameCells” ile benzersiz hale getirilmiştir. Düşük kaliteli hücreler şu kriterlere göre filtrelenmiştir: üçten az hücrede ifade edilen genler kaldırılmış ve 200'den az gen ifade eden hücreler hariç tutulmuştur. Kalite kontrolü yapılmış hücreler normalize edilmiş ve yüksek değişkenlik gösteren genler belirlenmiştir. “LogNormalize” (ölçek faktörü = 10.000) kullanılarak küresel ölçeklendirme normalizasyonu uygulanmış, “FindVariableFeatures” kullanılarak yüksek değişkenlik gösteren genler (n = 2.000) seçilmiş ve veriler “ScaleData” ile ölçeklendirilmiştir. Yüksek değişkenlik gösteren özellikler üzerinde temel bileşen analizi gerçekleştirilmiş ve ilk 30 temel bileşen tutulmuştur. Örnekler arasındaki grup etkileri (batch effects) Harmony yöntemi ile düzeltilmiştir. Hücreler UMAP kullanılarak görselleştirilmiş ve boyutları indirgenmiştir. Louvain algoritmasına dayalı olarak “FindNeighbors” ve “FindClusters” kullanılarak paylaşımlı en yakın komşu grafikleri oluşturulmuştur. “FindClusters” fonksiyonundaki çözünürlük (resolution) parametresi 0,1 ile 1 arasında optimize edilmiştir. Kümeleme ağacı “clustree” fonksiyonu ile görselleştirilmiş ve hücre kümelerini tanımlamak için 0,9 çözünürlük seçilmiştir. Olası dubletler Scrublet algoritması kullanılarak kaldırılmıştır. Hücre kümeleri, “FindAllMarkers” fonksiyonu kullanılarakle diferansiyel olarak ifade edilen marker genlerin belirlenmesiyle isimlendirilmiştir. Bonferroni düzeltmesi ile parametrik olmayan Wilcoxon sıra toplamı testi uygulanmıştır. Hücre kimlikleri; yüzey markerları, ilgili literatür ve Hücre Sınıflandırma Veritabanı'na15 göre atanmıştır.
Hücre kültürü
HTR-8/SVneo trofoblast hücre hattı hücreleri, %10 fetal bovine serum ve %1 penisilin/streptomisin ile desteklenmiş RPMI-1640 besiyerinde kültüre edildi. Hipoksik koşullar, hücrelerin 24 saat boyunca %1 O₂, %5 CO₂ ve %94 N₂ ortamında kültüre edilmesiyle oluşturuldu; normoksik kontroller ise %20 O₂ ve %5 CO₂ ortamında tutuldu16. Tüm hücre kültürü işlemleri, aseptik teknik kullanılarak Sınıf II biyogüvenlik kabininde gerçekleştirilmelidir. Kültür besiyerleri, transfeksiyon reaktifleri ve hücre atıkları, kurumsal biyogüvenlik kılavuzlarına uygun olarak imha edilmelidir.
Hücre transfeksiyonu
sh-SASH1, sh-NC, OE-SASH1 ve OE-NC içeren plazmitler sentezlendi. HTR-8/SVneo hücreleri, altı kuyucuklu plakalara kuyucuk başına 5 × 105 hücre yoğunluğunda ekildi. Ardından hücreler, üretici talimatlarına uygun olarak bir transfeksiyon reaktifi kullanılarak kuyucuk başına 2 µg sh-SASH1, sh-NC, OE-SASH1 veya OE-NC plazmiti ile transfekte edildi. Kısaca; plazmit DNA ve P3000 Reaktifi Opti-MEM içinde seyreltildi, Opti-MEM içinde ayrı olarak seyreltilen Lipofectamine 3000 ile karıştırıldı, oda sıcaklığında 15 dk inkübe edildi ve %70–80 konfluense ulaşmış hücrelere eklendi. Transfeksiyondan kırk sekiz saat sonra SASH1 ekspresyonu RT-qPCR ve Western blot ile değerlendirildi. SASH1 nakavt (knockdown) için kullanılan shRNA hedef dizileri Ek Tablo 1'de listelenmiştir.
Gerçek zamanlı kantitatif PCR
Toplam RNA, HTR-8/SVneo hücrelerinden ekstre edildi ve bir ters transkripsiyon kiti kullanılarak 42 °C'de 30 dk, ardından 85 °C'de 5 dk boyunca cDNA'ya ters transkribe edildi. Real-time kantitatif PCR (qPCR), aşağıdaki döngü koşullarıyla SYBR Green master mix kullanılarak gerçekleştirildi: 95 °C'de 10 dk, ardından 95 °C'de 15 s ve 60 °C'de 1 dk olmak üzere 40 döngü. Rölatif mRNA ekspresyonu, iç referans olarak β-actin kullanılarak ΔΔCt yöntemiyle hesaplandı. Bu deneyde kullanılan primer dizileri Ek Tablo 2'de listelenmiştir.
Western blot analizi
Toplam protein, lize tamponu kullanılarak HTR-8/SVneo hücrelerinden ekstre edildi. Hücre lizatları toplandı, buz üzerinde inkübe edildi ve çözünmeyen kalıntıları uzaklaştırmak için 4 °C'de 30 dk boyunca 12,000 × g hızda santrifüj edildi. Protein konsantrasyonu bir spektrofotometre kullanılarak belirlendi. Eşit miktardaki proteinler (50 µg) SDS-PAGE ile ayrıldı ve ardından PVDF membranlara aktarıldı. Membranlar %5 yağsız süt ile bloke edildi ve primer antikorlarla gece boyunca 4 °C'de inkübe edildi. Yıkama işleminin ardından membranlar ilgili sekonder antikorlarla inkübe edildi ve protein bantları gelişmiş bir kemilüminesans tespit sistemi kullanılarak görselleştirildi.
Protein tespiti için primer antikorlar olarak anti-SASH1 ve β-actin kullanıldı. Uygun horseradish peroxidase (HRP)-konjuge sekonder antikorlar —keçi anti-tavşan ve keçi anti-fare— kullanıldı. Eşit protein yüklemesini sağlamak amacıyla internal yükleme kontrolü olarak β-actin kullanıldı. Protein bantlarının yoğunluğu ImageJ yazılımı kullanılarak ölçüldü ve nicelendirildi.
P-EXOSların İzolasyonu
P-EXOS, elektif sezaryenle doğum yapan sağlıklı kadınların term plasentalarından elde edilen plasental villöz dokulardan izole edilmiştir. Plasental villöz doku steril PBS ile iyice yıkanmış, yaklaşık 1 mm3 boyutundaki fragmanlar haline getirilmiş ve %10 eksozomdan arındırılmış FBS ile desteklenmiş RPMI-1640 ortamında 37 °C'de, %5 CO2 altında 48 saat boyunca kültüre edilmiştir. Kondisyonlu ortam, şu şekilde diferansiyel santrifüjasyona tabi tutulmuştur: hücreleri ve doku kalıntılarını uzaklaştırmak için 300 × g'de 10 dakika; hücre kalıntılarını uzaklaştırmak için 2.000 × g'de 20 dakika ve mikrovezikülleri uzaklaştırmak için 10.000 × g'de 30 dakika (tüm işlemler 4 °C'de gerçekleştirilmiştir). Elde edilen süpernatant, eksozomları çöktürmek amacıyla 4 °C'de 120.000 × g'de 70 dakika boyunca ultrasantrifüjlenmiştir. Pelet bir kez PBS ile yıkanmış ve 4 °C'de 120.000 × g'de 70 dakika boyunca tekrar ultrasantrifüjlenmiştir. Nihai pelet PBS içinde yeniden süspanse edilmiştir. İzole edilen eksozomlar, eksozom belirteçleri (PLAP, CD63 ve TSG101; negatif kontrol olarak GM130) için Western blot analizi ile karakterize edilmiş ve morfolojik gözlem için transmisyon elektron mikroskobu ile daha ayrıntılı olarak incelenmiştir.
P-EXOS Hücresel Alım Deneyi
P-EXOS'ların hücresel internalizasyonunu doğrulamak için, eksozomlar üretici protokolüne uygun olarak lipofilik membran boyası PKH67 ile floresan şeklinde işaretlendi. Kısaca, P-EXOS'lar Diluent C içindeki PKH67 (4 µM) ile oda sıcaklığında 5 dk boyunca inkübe edildi ve reaksiyon, eşit hacimde %1 sığır serum albumini (BSA) ile durduruldu. Bağlanmamış boyayı uzaklaştırmak için işaretli eksozomlar ultrasantrifüjle (120,000 × g, 70 dk, 4 °C) yeniden izole edildi. Daha sonra PKH67 ile işaretlenmiş P-EXOS'lar (50 µg/mL), HTR-8/SVneo hücrelerine eklendi ve normoksik veya hipoksik (1% O₂) koşullar altında 24 sa boyunca birlikte inkübe edildi. Hücreler ardından PBS ile üç kez yıkandı, %4 paraformaldehit ile 15 dk boyunca fikse edildi ve çekirdekler DAPI (1 µg/mL) ile karşıt boyandı. PKH67 ile işaretlenmiş eksozomların internalizasyonu, konfokal lazer tarama mikroskobu (CLSM; eksitasyon 490 nm, emisyon 502 nm) ile görselleştirildi. Fonksiyonel ko-kültür deneyleri için HTR-8/SVneo hücreleri, hipoksik koşullar (1% O₂) altında 24 sa boyunca, %10 eksozomdan arındırılmış FBS ile takviye edilmiş tam RPMI-1640 besiyerinde 50 µg/mL (protein eşdeğeri) konsantrasyonunda P-EXOS'lar ile muamele edildi.
Enzimle bağlantılı immünosorbent analiz (ELISA)
Hücre kültürü süpernatanları toplandı ve IL-6, IL-1β ve TNF-α seviyeleri; üretici talimatlarına uygun olarak sırasıyla IL-6 ELISA kiti, IL-1β ELISA kiti ve TNF-α ELISA kiti kullanılarak ölçüldü. 450 nm'deki absorbans bir mikroplaka okuyucu ile ölçüldü ve gerçek konsantrasyonlar standart eğrilerden hesaplandı.
TdT aracılı dUTP çentik-uç etiketlemesi (TUNEL)
Apoptotik hücreler, üreticinin talimatlarına uygun olarak TUNEL analiz kiti kullanılarak tespit edildi. Kısaca, hücreler oda sıcaklığında 15 dk boyunca %4 paraformaldehit ile fikse edildi, buz üzerinde 5 dk boyunca PBS içinde %0.1 Triton X-100 ile permeabilize edildi ve karanlıkta 37 °C'de 60 dk boyunca TUNEL reaksiyon karışımı ile inkube edildi. Çekirdekler DAPI ile karşıt boyama işlemine tabi tutuldu ve TUNEL-pozitif hücreler floresan mikroskop kullanılarak görselleştirildi; örnek başına rastgele seçilen en az beş alandaki TUNEL-pozitif hücrelerin yüzdesi sayılarak niceliksel olarak belirlendi.
İstatistiksel analiz
Tüm veriler R ve GraphPad Prism kullanılarak analiz edildi. Sürekli değişkenler ortalama ±SD olarak sunulmuştur. İki grup arasındaki karşılaştırmalar Student's t-testi ile gerçekleştirilirken, çoklu grup karşılaştırmaları tek yönlü ANOVA ve ardından Tukey post hoc testi kullanılarak yapıldı. Kategorik değişkenler için istatistiksel anlamlılık, Ki-kare testi veya Fisher'ın kesin testi ile değerlendirildi. Aksi belirtilmedikçe, moleküller arasındaki korelasyonlar Spearman korelasyon analizi kullanılarak hesaplandı. Ekzosom karakterizasyon deneyleri, üç bağımsız plasenta donöründen izole edilen P-EXOS kullanılarak gerçekleştirildi. Hücre bazlı deneyler, farklı pasajlardaki HTR-8/SVneo hücreleri kullanılarak farklı zamanlarda yürütülen bağımsız deneyleri temsil eden üç bağımsız biyolojik tekrar şeklinde yapıldı ve her tekrarda farklı bir plasental donörden izole edilen P-EXOS kullanıldı. p < 0,05 değeri istatistiksel olarak anlamlı kabul edildi.