Hibrid rendszerbiológia és rendszerfarmakológia A Zingerone rekonstruált emberi epidermális szövetekre gyakorolt ​​hatásának vizsgálata 1. rész

Kérlek keress feloscar.xiao@wecistanche.comtovábbi információért

Háttér:Mivel az egyének tovább élnek, az idős populáció várhatóan problémákkal kell szembenéznie. Ez a minta arra ösztönzi a kutatókat, hogy vizsgálják tovább az öregedés koncepcióját, hogy sikeres öregedésgátló szereket állítsanak elő. A jelenlegi tanulmányban a zingeron (egy természetes vegyület) epidermális szövetekre gyakorolt ​​hatását bioinformatikai megközelítéssel elemezték. Módszerek: Erre a célra a GSE133338 GEO adatkészletet választottuk a rendszerbiológiai és rendszerfarmakológiai megközelítések végrehajtásához, kezdve a differenciálisan expresszált gének azonosításától a génontológia elemzéséig, a Zingerone hasonló szerkezeteinek és jellemzőik meghatározásáig (azaz anti- oxidáns, gyulladáscsökkentő és bőrbetegségek), a gén-kémiai hálózat felépítése, a gén-betegség kapcsolatok elemzése és a jelentős gének validálása a szakirodalomban bemutatott bizonyítékokon keresztül.

Eredmények:A microarray adatkészlet utófeldolgozása tizenhárom lényeges gént azonosított a kontroll és a Zingerone-kezelt minták között.cisztanche porAz eljárás során különböző szerkezetileg hasonló kémiai és növényi vegyületeket tártak fel, amelyek bőrrel kapcsolatos hatásokkal járhatnak. Emellett tanulmányoztuk a differenciálisan expresszálódó gének kapcsolatát a bőrbetegségekkel, és a szakirodalomban rendelkezésre álló bizonyítékok alapján validáltuk azok közvetlen kapcsolatát a bőrbetegségekkel. A microarray profilalkotási adatkészlet elemzése emellett feltárta az interleukinek kritikus szerepét a citokinek család részeként a bőr öregedésének folyamatában.

További információért kattintson ide

Következtetések:A Zingerone és potenciálisan a Zingerone bármely összetevője (pl. hasonló összetett szkennelési funkciójuk) terápiás szerként használható a bőrbetegségek, például a bőröregedés kezelésében. A Zingerone jótékony hatásait azonban más modellekben (pl. emberben vagy állatban) kell értékelni a jövőbeli vizsgálatok során.

Kulcsszavak:Zingerone, Bőröregedés, Rendszerbiológia, Rendszerfarmakológia, Interleukin, Gén-betegség társulás, Gén-kémiai hálózat, Hasonló vegyületek, Bőrbetegség

Háttér

A hámrétegből, irhabőrből és bőr alatti rétegekből álló bőr a test legnagyobb szerve, fizikai gátat képez a külső környezet és a belső környezet között, amely védi és karbantartja. A népesség öregedésével az epidermisz és a dermis az elsődleges célpontjai a különféle változásoknak, amelyek ösztönzik az új öregedésgátló terápiás szerek kifejlesztését [1]. A fizikai és kémiai környezeti tényezők, mint például az UV-sugárzás és a xenobiotikumok jelentős szerepet játszanak a bőrsejtek oxidatív stresszében azáltal, hogy megváltoztatják az érintett jelátviteli útvonalakat, az immunszuppressziót, valamint reaktív oxigénfajták (ROS) és fényérzékenységi betegségek kialakulását [2]. Különféle bőröregedésgátló kezelési eljárások állnak rendelkezésre, beleértve a helyi retinoidokat, peelingeket (pl. szalicilsav), botulinum neurotoxint, lágyrész-töltőanyagokat, kollagéneket, hialuronsavat, autológ zsírokat, allogén és szintetikus termékeket, lézereket, sebészeti beavatkozásokat és endokrinológiai terápiákat. , valamint más alternatívák, mint például a fitohormonok[3]. A jelentések kimutatták, hogy a természetes vegyületek használata ígéretes eredményeket hoz a bőröregedés UV-sugárzás által kiváltott hatásainak csökkentésében, ami miatt ezek a kozmetikai tudományokban elsődleges szerepet játszanak[4].

(4-(4-hidroxi-3-metoxifenil)-2-bu-Zingeronetanon) egy olcsó és nem mérgező fenolos alkenon szerkezet, amely a gyömbérből (Zingiber officinale Rosc) származik, amely széles körben a gyógyszer- és élelmiszeriparban használt gyógynövényt világszerte (pl. Kínában, Görögországban és Indiában)[5-7].cistanche salsa kivonatA zingerone a főzés vagy szárítás során bekövetkező gingerol kiszáradás eredménye [5]. A Zingerone fő farmakológiai tulajdonságai közé tartozik az antioxidáns, immunstimuláns, gyulladáscsökkentő és rákellenes hatás [8]. Korábbi tanulmányok beszámoltak a Zingerone ultraibolya B(UVB) sugárzás elleni hatásáról az epidermisz védelmében [9].

A Cistanche öregedésgátló hatású

A zingeron valószínűleg neuroprotektív szerként működik azáltal, hogy blokkolja az apoptotikus útvonalat, így megelőzi az oxidatív stresszt és korlátozza a gyulladást [10]. Úgy gondolják, hogy a Zingerone nevű polifenolos vegyületek jelen vannak a gyömbérben, és erős antioxidáns tulajdonságokkal rendelkeznek, szabad gyökfogó aktivitást mutatnak, és ellenállnak az oxidatív stressznek[11].cistanche szárA Zin-gerone különféle védőhatásairól számoltak be ólom által kiváltott toxicitásban[12], streptozotocin/dús zsírtartalmú étrend által kiváltott 2-es típusú cukorbetegségben[13], rheumatoid arthritisben [14], lipopoliszacharidok által kiváltott oxidatív stresszben, DNS-károsodásban, citokinviharokban. [15], kísérleti vastagbélkarcinogenezis [16], alloxán-indukált oxidatív stressz [17], ciklofoszfamid által kiváltott szervi toxicitás [11] és ciszplatin (cisz-diamin-diklórplati-num (I) által kiváltott jejunális toxicitás[18]). Zingerone. csökkentette az NF-KB, TGF-, TNF-, IL-1, IL-6 és Hs-CRP szintet, miközben jelentősen megnövelte az I-10 szintet és helyreállította az antioxidáns enzimszinteket [14] Így a fent említett toxicitásoknak és betegségeknek kitett állatoknak (pl. Wistar patkányoknak) adva a Zingerone csökkentheti az oxidatív stresszt, a gyulladást és a többszervi károsodást.

A szerző legjobb tudomása szerint egyetlen vizsgálat sem használt rendszerbiológiai és rendszerfarmakológiai megközelítéseket a kontrollszövetek és a Zingerone-nal kezelt szövetek közötti szignifikánsan eltérő expressziós gének meghatározására. Ebben a tanulmányban a rendelkezésre álló microarray génexpressziós profilozási adatkészleteket használtuk e cél elérése érdekében. Az azonosított gének funkcionális és sejtes mechanizmusait is megvizsgáltuk. Ezután különféle hálózati elemzéseket végeztek, beleértve a génbetegségeket és a génkémiai anyagokat. Végül részletesen tanulmányozták a Zingerone szerkezetéhez hasonló kémiai és növényi vegyületek hatását, és áttekintették a potenciálisan jelentős gének validálását az irodalomban fellelhető bizonyítékok alapján.

Mód

A jelenlegi kutatási munkafolyamat összefoglalása folyamatábraként látható, amint az 1. ábrán látható. Adatforrás A jelen tanulmányban használt adatkészlet nyilvánosan elérhető a Nemzeti Biotechnológiai Információs Központ (NCBI) génexpressziós omnibus (GEO) adatbázis-tárából (azaz https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ )a GPL17692 [HuGene-2_1-st] Affymetrix Human Gene 2.1 ST Array [átirat(gén) verzió] platformmal. Az egyetlen elérhető GEO adatkészlet, a GSE133338, hat rekonstruált humán epidermális (RHE) szövetet tartalmazott, amelyeket Zingerone (n=3) és vízkontroll (n=3) kezeltek, amint az 1. ábrán látható.

Különbözően expresszált gének (DEG) kétféle szövet között

Dr. Richard Simon és a BRB-ArrayTools Fejlesztői Csoportja kifejlesztett egy genomikai elemző eszközt, a BRB-ArrayTools-t (v4.6.1, stabil verzió) az erős DEG-ek meghatározására. Több lépés, beleértve a GEO adatkészlet importálását, a génszűrést (azaz|1-nél nagyobb vagy egyenlő szoros változást), a normalizálást (vagyis a kvantilis normalizálást) és az annotációt (pl. "pd. hugene.2.1.st"R csomag [ 19]) volt szükség a jelentős DEG-ek azonosításához. A BRB-ArrayTools a német (guanin-citozin robusztus multi-array analízis) algoritmust használta a próba intenzitásának leképezésére a megfelelő génexpressziós értékekre a meglévő zaj elvetésével. A két kezelt csoport összehasonlítása szignifikáns DEG-ek azonosítását eredményezte az 10,000 és az 1-es értékeket az egyváltozós permutációs teszteknél, valamint a szorzási változás küszöbértékét használva. A kapott DEG eredmények szignifikánsak voltak, ha p kisebb vagy egyenlő, mint 0,05.

Génontológia és funkcionális dúsítási elemzések A DAVID v.6.8 (Adatbázis annotációhoz, vizualizációhoz és integrált felfedezéshez), amely ingyenesen elérhető a http://david.abcc.ncifcrf.gov/summary.jsp címen, a génontológia értékelését biztosítva (MEGY). Ez az értékelés kiterjedt a DEG-ek sejtkomponenseire, molekuláris funkcióira és biológiai folyamataira [20,21]. A módosított Fisher pontos p-érték EASE-pontszámának küszöbértéke az alapértelmezett 0,1-re lett beállítva.

A Zingerone hatékonysági és hasonlósági szerkezeti elemzései

A kanonikus SMILES (egyszerűsített molekuláris bemeneti vonalbeviteli rendszer) karakterláncot a Zingerone szerkezethez (lásd a 2a. ábrát) a PubChem vegyületadatbázisából szereztük be (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound)[ 22]. A SMILES minden egyes karakterláncát a PubChem hasonlósági szerkezetéhez és az ADME előrejelzéséhez használták online web segítségével

szervereszközök, azaz a SwissADME [23-25], a SwissSimilarity [26] és a SwissTargetPrediction [27]. A SwissADME webszerver számos paraméter kiszámításával fedi le a gyógyszertervezést és -felfedezést, beleértve a fiziko-kémiai leírókat, az ADME-vel kapcsolatos paramétereket, a farmakokinetikai tulajdonságokat, a gyógyszerszerű hatást, valamint a SMILES szerkezet gyógykémiabarát jellegének tanulmányozását.

A PubChem hasonlósági struktúra és a SwissSimilarity eszközök hasonlósági kritériumai {{0}},92, illetve 0,50 voltak. Végül átvizsgáltuk az irodalomban található bizonyítékokat a hasonló vegyületek funkcionalitására vonatkozóan.

Génbetegség és génkémiai hálózat elemzések A kapcsolódó betegségeket a humán szakirodalomból származó felhasználóbarát DisGeNET (azaz http://www.disgenet.org/) platformon keresztül nyert jelentős gének alapján kinyertük bizonyítékokkal. gén-betegség társulások [28].cistanche tubulosa előnyei és mellékhatásaiEzenkívül a Zingerone-kezelés által érintett DEG-ek érintettségét számos specifikus betegségben (és esetleg bőrrel kapcsolatos rendellenességekben) alaposan átvizsgálták az irodalmi tanulmányok segítségével, hogy megerősítsék és validálják, hogy az ilyen gének kifejeződnek-e a betegség lehetséges biomarkereiként. Továbbá megszerkesztettük és elemeztük a gén-kémiai hálózatot a NetworkAnalyst 3.{3}} webszerverről, hogy feltárjuk a gének és az irodalomban elérhető vegyületek közötti erős asszociációkat[29].

Eredmények

Mivel a lehetséges gének hiánya befolyásolhatja a végeredményt, a microarray adatkészletben szereplő összes gént figyelembe veszik. A kétmintás t-tesztet alkalmazó adat-előfeldolgozási és osztály-összehasonlító megközelítés összesen hatvan próbaazonosítót tárt fel, amelyekből csak tizenhárom DEG volt elérhető annotált génként. Négy gént csökkent, kilencet pedig felfelé (ahogyan a 2b. ábra mutatja), valamint a kontroll és a Zingerone-nel kezelt minták közötti génexpressziós szinteket. A DAVID funkcionális annotációs eszköze felfedte, hogy két sejtkomponens (azaz (i) GO:0005615, és extracelluláris tér négy érintett génnel: TNFRSF11B, CTSL, ENDOU és SPACA5 és (ii) )GO:{{20}}005576, egy extracelluláris régió, amely három érintett gént tartalmaz: TNFRSF11B, CTSL és ENDOU) jelentősnek találták. Az 1.00 és a 0,80 kappaértékek nagyon magas szintű hasonlóságot jeleztek a két GO kifejezés között. Ezen túlmenően a GO:0005615 és GO:0005576 statisztikai mérési értékei 7,73 és 4,85, Bonferroni 0,09 és 0,72, Benjamini 0,088 és 0,60, valamint 0,0,0,8 és 0,0,8 hamis felfedezési arányt mutattak. illetőleg. A GO kifejezések részletes vizsgálata azt mutatja, hogy a megfelelő leszármazott kifejezéseik különféle kapcsolatokat és kereszthivatkozásokat mutatnak a GO:0005576 és GO:0005615 kifejezésekkel. Az extracelluláris térrel kapcsolatos kapcsolatok arra utalnak, hogy az interleukin-35 komplex, az interleukin-27, az interleukin-23 és az interleukin-12 a GO:0005615 részét képezték. Ráadásul; Az extracelluláris régiót érintő kapcsolatok főként az extracelluláris izoamiláz komplex, az extracelluláris ferritin komplex, az extracelluláris tér, az extracelluláris vezikula és az extracelluláris mátrix részei voltak, hogy néhányat említsünk. Négy típusú interleukin (azaz interleukin-1, interleukin-6, interleukin-34 és interleukin-34 alfa) volt közvetlen kapcsolatban a GO:0005615 kereszthivatkozásaival (az további információ: https://www.ebi.ac.uk/QuickGO/GTerm?id=GO:0005615). Számos interleukin típus, köztük interleukin-12 alfa, interleukin-23 alfa, interleukin-17, interleukin-1 alfa, interleukin-1 béta és interleukin{{54} }, a GO:0005576 (a https://www.ebi.ac.uk/QuickGO/GTerm?id=GO:0005576 webhelyről származó) kereszthivatkozásaihoz kapcsolódnak.

A Zingerone szerkezet felszívódásának, eloszlásának, metabolizmusának és kiválasztásának (ADME) értékelése a biológiai hozzáférhetőségi radar segítségével (3a. ábra) jelzi a magas bioaktív gyógyszerszerűségi tulajdonságot, és reprezentálja a lipofilitást, molekulatömeget, oldhatóságot és rugalmasságot. a rózsaszín területen. Ezenkívül a fizikai-kémiai és lipofil tulajdonságok (Lipinski ötös szabálya) (azaz molekulatömeg: 194,23 g/mol, forgatható kötések száma: 4, H-kötés akceptorok száma: 3, H-kötés donorok száma: 1, és konszenzus Log Po/w:1,79) nem mutat szabálysértést.cistanche tubulosa kivonatA vízoldhatósági paraméterek, köztük a Log S (ESOL), Log S (Ali) és Log S (SIL-COS-IT), nagyon jól oldódó, nagyon jól oldódó és oldható tulajdonságokat mutatnak. Ezenkívül a farmakokinetikai tulajdonságok magas szintű gasztrointesztinális felszívódást és csak a CYP1A2 gátló funkciót mutatják a többi citokróm enzim-inhibitor közül.

A SwissTargetPrediction elemzés összesen 100 célfehérjét eredményez a Zingerone számára, amelyek között az enzimek, a szekretált fehérjék, a nukleáris receptorok és az oxidoreduktázok adják a legnagyobb százalékot (3b. ábra). A SwissSimilarity és a PubChem hasonló struktúrák további vizsgálata során két, az FDA által jóváhagyott gyógyszert (pl. Nabumetone és Maso-procol), két kísérleti gyógyszert (pl. Matairesinol és 3-(4-hidroxifenil){{ 6}}(2,4,6-trihidroxifenil)propán-1-egy), és három Zingiber-összetevő (pl.6-Shogaol, 6-Paradol és {{13} }Gingerol) (az 1. táblázatban szerepel). Az ellenőrzés a szakirodalomban található bizonyítékokon keresztül feltárta validált gyulladáscsökkentő és antioxidáns tulajdonságaikat, valamint a megerősített bőrbetegségeket, például a bőr öregedésgátló hatását.A Dis-GeNET gén-betegség kapcsolatának eredményeit (a vonatkozó szakirodalmi bizonyítékokkal együtt) a 2. táblázat foglalja össze. Az eredmények azt mutatják, hogy a DEG-ek különböző betegségeket, köztük bőrrel kapcsolatos rendellenességeket befolyásolnak. Ezenkívül a gén-kémiai anyagok hálózatának felépítése hét DEG részvételét mutatja, amelyek közvetlenül kapcsolódnak különböző vegyi anyagokhoz. Közülük csak négy (azaz a TNFRSF11B, DNLZ, OR9Il és MIR614) kapcsolódik huszonhárom bőrrel kapcsolatos vegyülethez (a 4. ábrán látható).

Vita

A napfény az ultraibolya (UV) sugárzás forrása, amely károsíthatja a bőrt. A bőr öregedését, amely az UV-sugárzásnak való kitettség eredménye, gyakran három fő kategóriába sorolják (azaz UV-A, UV-B és UV-C). Az UV-A a Föld felszínét elérő UV-sugarak 95 százalékát teszi ki, ill

ahol R jelentése egyfajta szabad gyök, például hidroxil-, peroxil-, alkoxi- vagy alkilcsoport, és O vagy OCH a megmaradt szabad gyökök [46,47]. Hasonlóképpen, ezeknek a vegyi anyagoknak a hatásmechanizmusa, tekintettel gyulladásgátló tulajdonságaikra, a gyökfogó aktivitáson keresztül érvényesül [48].

Ezenkívül megállapították, hogy az immunrendszer kétélű fegyverként működhet az emberi szervezetben, amelyben az immunitás és az immunpatológia egyszerre nyújt előnyöket és károsítja a veleszületett és adaptív immunitás egyensúlyát [49]. Egy közelmúltbeli áttekintésben Zouboulis et al. kijelentette, hogy „A klinikai gyakorlatban a „jobban kinézni nem azt jelenti, hogy fiatalabbnak látszunk.”[50].

A bőr, az emberi test legnagyobb szerve, örökli az immunrendszer összes funkcióját, hogy jobban tanulmányozza a gyulladást, az autoimmunitást és a rákot [51]. A bőr öregedése egy többlépcsős folyamat, amelyet napozással lehet előmozdítani, ami epidermális elváltozásokat és fotóöregedést eredményezhet [52]. Különböző tanulmányok javasolták a természetes vegyületek, például a kurkumin és analógjainak előnyeit olyan bőrbetegségek kezelésében, mint a bőröregedés [53, 54].

A jelenlegi vizsgálat során a Zingerone epidermális szövetekre kifejtett hatásait vizsgálták, figyelembe véve a differenciálisan expresszált géneket és az érintett sejtkomponenseket. Ennek eredményeként a vizsgált gének kivétel nélkül szerepet játszanak az interleukinek bevonásában, amelyek a citokinek egy jól ismert csoportja, amelyet főleg leukociták expresszálnak. A bőr immunrendszerének Langerhans sejtjei által termelt citokinek jelentős szerepet játszanak a bőr öregedésében [55]. Az azonosított, differenciálisan expresszált gének és a GO szempontjából hatékony sejtkomponenseik, köztük a GO:0005615 és a GO:0005576 alapján, tizennyolc, illetve négyféle interleukint határoztak meg, amelyek szerepet játszanak az extracelluláris térben, illetve régióban.

Eredményeinkkel összhangban Shirato et al. azt találta, hogy az ETAS 50 megakadályozhatja a bőr öregedését az UV-B által kiváltott L-6 és IL-1 béta expressziójának csökkentésével (56, 57). Guo és mtsai. beszámolt arról, hogy a zsírból származó őssejtek számos interleukint (pl. interleukin-I, inter-leukin-8, interleukin-9, interleukin-12, interleukin-15 és interleukin -17) a bőr öregedésének gátlása [58]. Az edzés az interleukin-15 szintjét is befolyásolhatja, így megelőzheti a bőr öregedését [59]. Az interleukin 17 (vagy IL-17A) közvetlen kapcsolatban áll az IL-23 stimulációjával, így az életkorral összefüggő gyulladások arany IL-23/IL-17 tengelyévé válik. és a bőr öregedésének csillapítása acetil-Zingerone kezeléssel IL-17A stimulációval [60, 61].

Összefoglalva, a jelenlegi tanulmány hibrid rendszerbiológiai és rendszerfarmakológiai eljárást javasolt a Zingerone-kezelés funkcionális mechanizmusainak és sikeres hatásainak azonosítására. A javasolt eljárás figyelembe veszi a hasonló vegyületek hatását az érintett interleukincsalád stimulálására a bőr öregedésére, valamint ezek antioxidáns és gyulladáscsökkentő tulajdonságait. A jelenlegi eredmények megerősítéséhez további kísérleti vizsgálatokra van szükség emberi és állati modelleken, mivel a Zingerone bőröregedést okozó sejt- és molekuláris mechanizmusokra gyakorolt ​​hatása még mindig nem tisztázott.

Következtetések

A gyógynövénykészítmények kiemelkedő szerepe a kutatói és tudományos közösségek számára egyértelmű. A bőr öregedése és más típusú bőrbetegségek világszerte felkeltették az emberek figyelmét. Ebben a tekintetben számos gyógyszert és vegyszert javasoltak öregedésgátló célokra. Ebben a tanulmányban számítási és statisztikai eljárást vettek figyelembe a Zin-gerone bőröregedésre gyakorolt ​​hatásának vizsgálatára sejtek és genomi szinten. Ezenkívül a Zingeronehoz szerkezetileg hasonló vegyületeket és azok bőrbetegségekre gyakorolt ​​hatását tanulmányozták.

Ezenkívül a gén-betegség asszociáció és a gén-kémiai hálózat elemzései tagadhatatlan közvetlen kapcsolatokat tártak fel a genetika és a bőrbetegségek, köztük a bőröregedés között. Végül azt találták, hogy az interleukinek különféle típusai létfontosságú szerepet játszanak a bőr öregedésének lassításában. A Zingerone jelen tanulmányban meghatározott hatásainak megerősítéséhez azonban további, emberi vagy állati modellekkel végzett kutatásra van szükség.

Ez a cikk Amjad et al. Egyiptom J Med Hum Genet (2021), 22:90