Hibrīdu sistēmu bioloģija un sistēmu farmakoloģija Zingerona ietekmes uz rekonstruētiem cilvēka epidermas audiem izpēte 1. daļa

Lūdzu sazinietiesoscar.xiao@wecistanche.comlai iegūtu vairāk informācijas

Fons:Tā kā indivīdi dzīvo ilgāk, var sagaidīt, ka vecāka gadagājuma cilvēki saskarsies ar problēmām. Šis modelis mudina pētniekus turpināt pētīt novecošanas koncepciju, lai ražotu veiksmīgus pretnovecošanās līdzekļus. Pašreizējā pētījumā zingerona (dabiska savienojuma) ietekme uz epidermas audiem tika analizēta, izmantojot bioinformātikas pieeju. Metodes: Šim nolūkam mēs izvēlējāmies GEO datu kopu GSE133338, lai īstenotu sistēmu bioloģijas un sistēmu farmakoloģijas pieejas, sākot no diferencēti izteiktu gēnu identificēšanas līdz gēnu ontoloģijas analīzei, līdzīgu Zingerone struktūru un to pazīmju noteikšanai (ti, anti- oksidantu, pretiekaisuma un ādas slimības), veidojot gēnu ķīmisko vielu tīklu, analizējot gēnu un slimību attiecības un apstiprinot nozīmīgus gēnus, izmantojot literatūrā sniegtos pierādījumus.

Rezultāti:Mikromasīva datu kopas pēcapstrāde noteica trīspadsmit būtiskus gēnus kontroles un ar Zingerone apstrādātajos paraugos.cistanche pulverisProcedūra atklāja dažādus strukturāli līdzīgus ķīmiskus un augu savienojumus ar iespējamu ar ādu saistītu iedarbību. Turklāt mēs pētījām atšķirīgi izteiktu gēnu attiecības ar ar ādu saistītām slimībām un apstiprinājām to tiešo saistību ar ādas traucējumiem saskaņā ar literatūrā pieejamajiem pierādījumiem. Arī mikroarray profilēšanas datu kopas analīze atklāja interleikīnu kā citokīnu ģimenes daļas kritisko lomu ādas novecošanās progresā.

Lūdzu, noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk

Secinājumi:Zingerons un, iespējams, jebkuras Zingerone sastāvdaļas (piemēram, to līdzīgā savienojuma skenēšanas funkcionalitāte) var tikt izmantoti kā terapeitiski līdzekļi, lai pārvaldītu ādas slimības, piemēram, ādas novecošanos. Tomēr turpmākajos pētījumos Zingerone labvēlīgā ietekme būtu jānovērtē citos modeļos (ti, cilvēkiem vai dzīvniekiem).

Atslēgvārdi:Zingerons, Ādas novecošana, Sistēmu bioloģija, Sistēmu farmakoloģija, Interleikīns, Gēnu slimību asociācija, Gēnu ķīmisko vielu tīkls, Līdzīgi savienojumi, Ādas traucējumi

Fons

Āda, kas sastāv no epidermas, dermas un zemādas slāņiem, ir lielākais ķermeņa orgāns un veido fizisku barjeru starp ārējo vidi un iekšējo vidi, kas aizsargā un uztur. Sabiedrībai novecojot, epiderma un derma ir primārie mērķi dažādām izmaiņām, kas veicina jaunu pretnovecošanās terapeitisko līdzekļu izstrādi [1]. Fizikāliem un ķīmiskiem vides faktoriem, piemēram, UV starojumam un ksenobiotikām, ir nozīmīga loma ādas šūnu oksidatīvajā stresā, mainot iesaistītos signalizācijas ceļus, imūnsupresiju un radot reaktīvas skābekļa sugas (ROS) un fotosensitivitātes slimības [2]. Ir pieejamas dažādas ādas pretnovecošanās ārstēšanas procedūras, tostarp lokāli retinoīdi, pīlingi (piemēram, salicilskābe), botulīna neirotoksīns, mīksto audu pildvielas, kolagēni, hialuronskābe, autologie tauki, alogēni un sintētiskie produkti, lāzeri, ķirurģiskas procedūras un endokrinoloģiskās terapijas. , kā arī citas alternatīvas, piemēram, fitohormoni[3]. Ziņojumi parādīja, ka dabisko savienojumu izmantošanai ir daudzsološi rezultāti, samazinot UV izraisīto ādas novecošanās ietekmi, kā rezultātā tiem ir galvenā loma ar kosmētiku saistītajās zinātnēs[4].

(4-(4-hidroksi-3-metoksifenil)-2-bu-Zingeronetanons) ir lēta un netoksiska fenola alkenona struktūra, kas iegūta no ingvera (Zingiber officinale Rosc), kas ir plaši izplatīta lietots garšaugs farmācijas un pārtikas rūpniecībā visā pasaulē (piemēram, Ķīnā, Grieķijā un Indijā)[5-7].cistanche salsas ekstraktsZingerons ir gingerola dehidratācijas rezultāts vārīšanas vai žāvēšanas laikā [5]. Zingerone galvenās farmakoloģiskās īpašības ietver antioksidantu, imūnstimulējošu, pretiekaisuma un pretvēža iedarbību [8]. Iepriekšējie pētījumi ziņoja par Zingerone anti-ultravioleto B (UVB) starojuma aktivitāti epidermas aizsardzībā [9].

Cistanche var novērst novecošanos

Zingerons, iespējams, darbojas kā neiroprotektīvs līdzeklis, bloķējot apoptozes ceļu, tādējādi novēršot oksidatīvo stresu un ierobežojot iekaisumu [10]. Tiek uzskatīts, ka polifenolu savienojumi, ko sauc par Zingeronu, atrodas ingverā, un tiem ir spēcīgas antioksidanta īpašības, tiem piemīt brīvo radikāļu attīrīšanas aktivitāte un tie nodrošina izturību pret oksidatīvo stresu[11].cistanche kātsIr ziņots par dažādiem Zin-gerone aizsargājošiem efektiem svina izraisītas toksicitātes[12], streptozotocīna/augsta tauku satura diētas izraisītas 2. tipa diabēta[13], reimatoīdā artrīta [14], lipopolisaharīdu izraisīta oksidatīvā stresa, DNS bojājumu, citokīnu vētru gadījumos. [15], eksperimentāla resnās zarnas kanceroģenēze [16], aloksāna izraisīts oksidatīvais stress [17], ciklofosfamīda izraisīta orgānu toksicitāte [11] un cisplatīns (cis-diamīndihlorplatīna-num (I) izraisīta tukšās zarnas toksicitāte[18]). Zingerone. samazināja NF-KB, TGF-, TNF-, IL-1, IL-6 un Hs-CRP līmeni, vienlaikus ievērojami palielinot I-10 līmeni un atjaunojot antioksidantu enzīmu līmeni [14] Tādējādi, ievadot dzīvniekiem (piemēram, Wistar žurkām), kas pakļauti iepriekšminētajai toksicitātei un slimībām, Zingerone var samazināt oksidatīvo stresu, iekaisumu un vairāku orgānu bojājumus.

Cik autoram ir zināms, nevienā pētījumā nav izmantotas sistēmu bioloģijas un sistēmu farmakoloģijas pieejas, lai noteiktu ievērojami atšķirīgi ekspresētus gēnus starp kontroles audiem un tiem, kas apstrādāti ar Zingerone. Šajā pētījumā mēs izmantojām pieejamās microarray gēnu ekspresijas profilēšanas datu kopas, lai sasniegtu šo mērķi. Tika pārbaudīti arī identificēto gēnu funkcionālie un šūnu mehānismi. Pēc tam tika veiktas dažādas tīkla analīzes, tostarp gēnu slimības un gēnu ķīmiskās vielas. Visbeidzot, tika detalizēti pētīta ķīmisko un augu savienojumu ietekme, kas līdzīga Zingerone struktūrai, un tika pārskatīta potenciālo nozīmīgu gēnu validācija, pamatojoties uz literatūrā atrodamiem pierādījumiem.

Metodes

Pašreizējās pētījuma darbplūsmas kopsavilkums ir attēlots kā blokshēma, kā parādīts 1. attēlā. Datu avots Šajā pētījumā izmantotā datu kopa ir publiski pieejama no Nacionālā biotehnoloģijas informācijas centra (NCBI) gēnu ekspresijas omnibus (GEO) datu bāzes repozitorija (ti, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ )ar GPL17692 [HuGene-2_1-st] Affymetrix Human Gene 2.1 ST Array [transkripta(gēna) versija] platformu. Vienīgā pieejamā GEO datu kopa GSE133338 ietvēra sešus rekonstruētus cilvēka epidermas (RHE) audus, kas apstrādāti ar Zingerone (n=3) un ūdens kontroli (n=3), kā parādīts 1. attēlā.

Atšķirīgi izteikti gēni (DEG) starp divu veidu audiem

Dr. Ričards Saimons un BRB-ArrayTools izstrādes komanda izstrādāja genomikas analītisko rīku BRB-ArrayTools (v4.6.1, stabila versija), lai noteiktu spēcīgus DEG. Vairākas darbības, tostarp GEO datu kopas importēšana, gēnu filtrēšana (t.i., |reizes maiņa ir lielāka vai vienāda ar 1), normalizēšana (ti, kvantiļu normalizācija) un anotācija (ti, "pd. hugene.2.1.st"R pakotne [ 19]), bija nepieciešams identificēt nozīmīgos DEG. BRB-ArrayTools izmantoja vācu (guanīna-citozīna robustas vairāku masīvu analīzes) algoritmu, lai kartētu zondes intensitāti attiecīgajās gēnu ekspresijas vērtībās, izmetot esošo troksni. Salīdzinot divas apstrādātās grupas, tika identificēti nozīmīgi DEG, izmantojot vērtības 10,000 un 1 vienfaktoru permutācijas testiem un locījuma izmaiņu slieksni. Iegūtie DEG rezultāti bija nozīmīgi, ja p ir mazāks par 0,05 vai vienāds ar to.

Gēnu ontoloģijas un funkcionālās bagātināšanas analīzes DAVID v.6.8 (datubāze anotācijai, vizualizācijai un integrētajai atklāšanai), kas ir brīvi pieejama vietnē http://david.abcc.ncifcrf.gov/summary.jsp, sniedza gēnu ontoloģijas novērtējumu. (IET). Šis novērtējums ietvēra šūnu komponentus, molekulārās funkcijas un DEG bioloģiskos procesus [20,21]. Modificētas Fišera precīzās p vērtības EASE rezultāta slieksnis tika iestatīts uz noklusējuma vērtību 0,1.

Zingerone efektivitātes un līdzības struktūras analīzes

Kanoniskā SMILES (vienkāršota molekulārās ievades līnijas ievades sistēma) virkne Zingerone struktūrai (parādīta 2.a attēlā) tika iegūta no PubChem savienojumu datu bāzes (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound)[ 22]. Katra SMILES virkne tika izmantota PubChem līdzības struktūrai un ADME prognozēšanai, izmantojot tiešsaistes tīmekli

servera rīki, piemēram, SwissADME [23-25], SwissSimilarity [26] un SwissTargetPrediction [27]. SwissADME tīmekļa serveris aptver zāļu izstrādi un atklāšanu, aprēķinot vairākus parametrus, tostarp fizikāli ķīmiskos deskriptorus, ar ADME saistītos parametrus, farmakokinētiskās īpašības, zāļu līdzības efektu un pētot SMILES struktūras draudzīgumu medicīniskajai ķīmijai.

PubChem līdzības struktūras un SwissSimilarity rīku līdzības kritēriji bija attiecīgi {{0}},92 un 0,50. Visbeidzot, mēs pārbaudījām literatūru, lai atrastu esošos pierādījumus par līdzīgu savienojumu funkcionalitāti.

Gēnu slimību un gēnu ķīmisko vielu tīkla analīze Mēs ieguvām saistītās slimības ar pierādījumiem saskaņā ar nozīmīgajiem gēniem, kas iegūti, izmantojot lietotājam draudzīgo DisGeNET (ti, http://www.disgenet.org/) platformu, kas iegūta no literatūras par cilvēkiem. gēnu slimību asociācijas [28].cistanche tubulosa priekšrocības un blakusparādībasTurklāt, izmantojot literatūras pētījumus, tika rūpīgi pārbaudīta iegūto DEG, ko skārusi ārstēšana ar Zingerone, iesaistīšanās vairākās specifiskās slimībās (un, iespējams, ar ādu saistītos traucējumos), lai apstiprinātu un apstiprinātu, vai šādi gēni ir izteikti kā potenciālie slimības biomarķieri. Turklāt mēs izveidojām un analizējām gēnu ķīmisko vielu tīklu no NetworkAnalyst 3.0 tīmekļa servera, lai atklātu spēcīgas asociācijas starp gēniem un literatūrā pieejamajiem savienojumiem[29].

Rezultāti

Tā kā jebkādu iespējamo gēnu trūkums var ietekmēt galīgos rezultātus, tiek ņemti vērā visi mikromasīva datu kopā iekļautie gēni. Datu priekšapstrāde un klašu salīdzināšanas pieeja, izmantojot divu paraugu t-testu, kopumā atklāja sešdesmit zondes ID, no kuriem tikai trīspadsmit DEG bija pieejami kā anotēti gēni. Četri gēni tika pazemināti un deviņi tika regulēti (kā parādīts 2.b attēlā), kā arī to gēnu ekspresijas līmeņi starp kontroles un Zingerone apstrādātajiem paraugiem. DAVID funkcionālās anotācijas rīks atklāja, ka divi šūnu komponenti (ti, (i) GO:0005615 un ārpusšūnu telpa ar četriem iesaistītajiem gēniem TNFRSF11B, CTSL, ENDOU un SPACA5 un (ii) )GO:{{20}}005576, ārpusšūnu reģions ar trim iesaistītiem gēniem TNFRSF11B, CTSL un ENDOU) tika konstatēts nozīmīgs. Kapa vērtības 1.00 un 0,80 norādīja uz ļoti augstu līdzības līmeni starp diviem GO terminiem. Turklāt statistikas mērījumu vērtībām GO:0005615 un GO:0005576 ir salocīts bagātinājums 7,73 un 4,85, Bonferroni vērtības 0,09 un 0,72 un Benjamini vērtības 0,088 un 0,60, kā arī viltus atklāšanas ātruma vērtības (FDR.0.6, 8). attiecīgi. Detalizēta GO terminu pārbaude liecina, ka to atbilstošajiem pakārtotajiem vārdiem ir dažādas attiecības un savstarpējas atsauces ar GO:0005576 un GO:0005615. Attiecības, kas saistītas ar ārpusšūnu telpu, liecina, ka interleikīna-35 komplekss, interleikīns-27, interleikīns-23 un interleikīns-12 bija daļa no GO:0005615. Turklāt; attiecības, kas saistītas ar ārpusšūnu reģionu, galvenokārt bija daļa no ārpusšūnu izoamilāzes kompleksa, ārpusšūnu feritīna kompleksa, ārpusšūnu telpas, ārpusšūnu pūslīšu un ārpusšūnu matricas, lai pieminētu dažus. Četru veidu interleikīniem (ti, interleikīnam-1, interleikīnam-6, interleikīnam-34 un interleikīnam-34 alfa) bija tieša saistība ar savstarpējām atsaucēm uz GO:0005615 (par Plašāku informāciju skatiet vietnē https://www.ebi.ac.uk/QuickGO/GTerm?id=GO:0005615). Vairāki interleikīna veidi, tostarp interleikīns-12 alfa, interleikīns-23 alfa, interleikīns-17, interleikīns-1 alfa, interleikīns-1 beta un interleikīns{{54} }, bija saistītas ar savstarpējām atsaucēm uz GO:0005576 (atvasinātas no https://www.ebi.ac.uk/QuickGO/GTerm?id=GO:0005576).

Zingerone struktūras absorbcijas, izplatības, metabolisma un izdalīšanās (ADME) novērtējums, izmantojot bioloģiskās pieejamības radaru (3.a attēls), norāda uz augsto bioaktīvo zāļu līdzības īpašību un atspoguļo lipofilitātes, molekulmasas, šķīdības un elastības īpašības. rozā zonā. Turklāt fizikāli ķīmiskās un lipofilitātes īpašības (Lipinska piecu noteikums) (ti, molekulmasa: 194,23 g/mol, rotējamo saišu skaits: 4, H-saites akceptoru skaits: 3, H-saites donoru skaits: 1 un vienprātība Log Po/w:1,79) neuzrāda nekādus pārkāpumus.cistanche tubulosa ekstraktsŠķīdības ūdenī parametri, tostarp Log S (ESOL), Log S (Ali) un Log S (SIL-COS-IT), uzrāda attiecīgi ļoti šķīstošās, ļoti šķīstošās un šķīstošās īpašības. Turklāt farmakokinētiskās īpašības atklāj augstu kuņģa-zarnu trakta uzsūkšanās līmeni un tikai CYP1A2 inhibējošo funkciju citu citohroma enzīmu inhibitoru vidū.

SwissTargetPrediction analīzes rezultātā kopumā Zingerone tiek iegūti 100 mērķa proteīni, starp kuriem lielāko procentuālo daļu veido fermenti, izdalītie proteīni, kodolreceptori un oksidoreduktāzes (3.b attēls). Turpmākā līdzīgu struktūru pārbaudē, izmantojot SwissSimilarity un PubChem, tika atklātas divas FDA apstiprinātas zāles (ti, Nabumetone un Maso-procol), divas eksperimentālas zāles (ti, Matairesinol un 3-(4-hidroksifenil){{ 6}}(2,4,6-trihidroksifenil)propāns-1-viens) un trīs Zingiber sastāvdaļas (ti,6-Shogaol, 6-Paradol un {{13} }Gingerol) (norādīts 1. tabulā). Pārbaudē atklājās arī to apstiprinātās pretiekaisuma un antioksidanta īpašības, kā arī apstiprinātās ādas slimības, piemēram, ādas pretnovecošanās, izmantojot literatūrā sniegtos pierādījumus.Gēnu un slimību attiecību rezultāti no Dis-GeNET (kopā ar attiecīgiem pierādījumiem no literatūras) ir apkopoti 2. tabulā. Rezultāti liecina, ka DEG ietekmē dažādas slimības, tostarp ar ādu saistītus traucējumus. Turklāt gēnu ķīmisko vielu tīkla uzbūve parāda septiņu DEG iesaistīšanos, kas ir tieši saistīti ar dažādām ķīmiskām vielām. Tikai četri no tiem (ti, TNFRSF11B, DNLZ, OR9Il un MIR614) ir saistīti ar divdesmit trīs ar ādu saistītiem savienojumiem (parādīts 4. attēlā).

Diskusija

Saules gaisma ir ultravioletā (UV) starojuma avots, kas var kaitēt ādai. Ādas novecošanos, kas rodas UV starojuma iedarbības rezultātā, bieži klasificē trīs galvenajās kategorijās (ti, UV-A, UV-B un UV-C). UV-A veido 95 procentus no UV stariem, kas sasniedz Zemes virsmu, un

kur R ir brīvo radikāļu veids, piemēram, hidroksilgrupa, peroksilgrupa, alkoksilgrupa vai alkilgrupa, un O vai OCH ir atlikušie brīvie radikāļi [46,47]. Līdzīgi šo ķīmisko vielu darbības mehānisms, ņemot vērā to pretiekaisuma īpašības, tiek piemērots radikāļu attīrīšanas aktivitātēs [48].

Turklāt ir noskaidrots, ka imūnsistēma cilvēka organismā var darboties kā abpusēji griezīgs zobens, kurā imunitāte un imūnpatoloģija vienlaikus sniedz labumu un nodara kaitējumu, līdzsvarojot iedzimto un adaptīvo imunitāti [49]. Nesenā pārskatā Zouboulis et al. norādīja, ka "klīniskajā praksē "izskatīties labāk nenozīmē izskatīties jaunākam." [50].

Āda, lielākais cilvēka ķermeņa orgāns, pārmanto visas imūnsistēmas funkcijas, lai labāk pētītu iekaisumu, autoimunitāti un vēzi [51]. Ādas novecošanās ir daudzpakāpju process, ko var veicināt saules iedarbība, kas var izraisīt epidermas izmaiņas un foto novecošanos [52]. Dažādi pētījumi ir ierosinājuši dabisko savienojumu, piemēram, kurkumīna un tā analogu priekšrocības ādas slimību, piemēram, ādas novecošanās, ārstēšanā [53, 54].

Pašreizējā izmeklēšanā ir pētīta Zingerone ietekme uz epidermas audiem, ņemot vērā atšķirīgi ekspresētos gēnus un iesaistītos šūnu komponentus. Rezultātā bez izņēmumiem novērtētie gēni spēlē lomu interleikīnu iesaistīšanā, kas ir plaši pazīstama citokīnu grupa, ko galvenokārt ekspresē leikocīti. Tika ziņots, ka citokīniem, ko ražo ādas imūnsistēmas Langerhansa šūnas, ir nozīmīga loma ādas novecošanā [55]. Pamatojoties uz identificētajiem atšķirīgi ekspresētajiem gēniem un to efektīvajiem šūnu komponentiem GO izteiksmē, tostarp GO: 0005615 un GO: 0005576, tika noteikts, ka astoņpadsmit un četri interleikīnu veidi spēlē attiecīgi lomu ārpusšūnu telpā un reģionā.

Saskaņā ar mūsu rezultātiem Shirato et al. atklāja, ka ETAS 50 var novērst ādas novecošanos, samazinot gan UV-B izraisīto L-6, gan IL-1 beta izteiksmi (56, 57). Arī Guo et al. ziņoja, ka no taukiem iegūtas cilmes šūnas var izdalīt vairākus interleikīnus (piemēram, interleikīnu-I, interleikīnu-8, interleikīnu-9, interleikīnu-12, interleikīnu-15 un interleikīnu -17), lai kavētu ādas novecošanos [58]. Vingrošana var ietekmēt arī interleikīna-15 līmeni, tādējādi novēršot ādas novecošanos [59]. Interleikīnam 17 (vai IL-17A) ir tieša saistība ar IL-23 stimulāciju, padarot tos par zelta IL-23/IL-17 asi ar vecumu saistītu iekaisumu gadījumā. un ādas novecošanās mazināšana, izmantojot acetil Zingerona apstrādi ar IL-17A stimulāciju [60, 61].

Rezumējot, pašreizējais pētījums ierosināja hibrīda sistēmu bioloģijas un sistēmu farmakoloģijas procedūru, lai identificētu Zingerone ārstēšanas funkcionālos mehānismus un veiksmīgos efektus. Ierosinātajā procedūrā ir ņemta vērā līdzīgu savienojumu ietekme uz iesaistītās interleikīnu ģimenes stimulēšanu uz ādas novecošanos un to antioksidanta un pretiekaisuma īpašības. Lai apstiprinātu pašreizējos rezultātus, ir nepieciešami vairāk eksperimentālu pētījumu par cilvēku un dzīvnieku modeļiem, jo ​​Zingerone ietekme uz šūnu un molekulārajiem mehānismiem uz ādas novecošanu joprojām nav skaidra.

Secinājumi

Pētniekiem un zinātnieku aprindām ir skaidra augu izcelsmes līdzekļu ievērojamā loma. Ādas novecošanās un cita veida ādas slimības ir piesaistījušas cilvēku uzmanību visā pasaulē. Šajā sakarā ir ierosinātas vairākas zāles un ķīmiskas vielas pretnovecošanās nolūkos. Šajā pētījumā tika apsvērta skaitļošanas un statistikas procedūra, lai izpētītu Zin-gerone ietekmi uz ādas novecošanos šūnu un genoma līmenī. Turklāt tika pētīti savienojumi, kas pēc struktūras ir līdzīgi Zingerone, un to ietekme uz ādas slimībām.

Turklāt gēnu slimību asociācijas un gēnu ķīmisko vielu tīkla analīzes atklāja nenoliedzamas tiešas saiknes starp ģenētiku un ādas slimībām, tostarp ādas novecošanos. Visbeidzot, tika atklāts, ka dažādiem interleikīnu veidiem ir būtiska loma ādas novecošanās mazināšanā. Tomēr ir nepieciešami turpmāki pētījumi, izmantojot cilvēku vai dzīvnieku modeļus, lai apstiprinātu Zingerone ietekmi, kas noteikta šajā pētījumā.

Šis raksts ir izvilkts no Amjad et al. Ēģipte J Med Hum Genet (2021) 22:90