FOXO6在髓核细胞中促进DNA损伤修复机制及药物预测研究

来源 :长春中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangchao2005
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目的:DNA损伤是椎间盘退行性变的重要危险因素。在本研究中,我们试图揭示FOXO6和RAD51对椎间盘退行性改变的髓核(nucleus pulposus,NP)细胞DNA损伤修复的影响。以及通过逆向网络药理学研究寻找髓核细胞DNA损伤修复的潜在药物。方法:第一部分我们针对FOXO6与RAD51的表达关系进行研究。我们收集了不同退变程度的人髓核组织,检测了Ⅱ型胶原、FOXO6和RAD51的表达。并从轻度退变的髓核组织中分离髓核细胞传代并保存。此外,为了构建髓核细胞退变模型,我们应用白介素IL-1β诱导人类髓核细胞变性以来阐明髓核细胞细胞在体外的退行性变过程,并分别检测了不同退变的髓核组织、轻度退变的髓核细胞及IL-1β诱导的退变髓核细胞中II型胶原、FOXO6和RDA51的表达水平。之后我们应用芯片分析找到FOXO6和RAD51启动子区域之间的结合位点,通过免疫沉淀技术使抗FOXO6抗体连接的珠与髓核细胞的染色质进行免疫沉淀,并以羊Ig G串珠作为对照。从免疫沉淀的染色质中分离出DNA后,用PCR法测定结合效率。引物设计由Primer软件设计。确定启动子结合位点后,各组质粒(空p CS2载体、FOXO6启动子序列p GL3载体等)通过Lipofectamine 2000转染髓核细胞,并通过Western Blot法检测转染效率。之后使用双荧光素酶报告实验分析确认FOXO6通过启动子激活来促进RAD51的基因表达。为了探讨RAD51对IL-1β引起的DNA损伤影响,我们应用免疫荧光分析法染色检测RAD51和γH2AX病灶的形成。最后,我们分析了典型髓核细胞基因的表达。通过逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)检测腰椎间盘组织和髓核细胞细胞中II型胶原、FOXO6、RAD51、聚集蛋白聚糖、I型胶原、X型胶原、MMP3/9、TIMP3、SOD1、CAT、GPX1、TNF-α、IL-1β和IL-4的基因表达。CCK8法测定细胞增殖,流式细胞仪测定细胞周期分布。统计分析和图片生成均采用Prism 8软件进行。数据报告为平均值±标准差(SD)。采用t检验分析两组间的差异。多组间比较采用单因素方差分析(ANOVA)和事后检验(最小显著性差异)。设定标准α=0.05,认为小于0.05的p值为存在明显差异,小于0.01的P值认为存在显著差异。第二部分我们应用逆向网络药理学研究,通过相关电子数据库寻找髓核细胞DNA损伤修复基因靶点与有效化学成分,并根据网络拓扑学原理进行疾病靶点-有效化学成分-潜在药物的网络构建,根据Degree值寻找关键作用靶点与核心化学成分,寻找能够作用于成分与靶点的潜在药物,并根据潜在药物的性味归经特点以类推其他可能存在的关键药物。结果:第一部分:(1)在轻度与重度退变的髓核组织中,FOXO6与RAD51的基因表达均降低,且在经IL-1β诱导的退变髓核细胞模型中,FOXO6与RAD51随着髓核细胞退变程度的加深,其基因表达水平显示同步降低。(2)序列“GTAAAC”为FOXO6蛋白与RAD51的DNA启动子结合位点。(3)FOXO6可以通脱激活启动子促进RAD51的表达。(4)通过免疫荧光检测DNA损伤标志物γH2AX在髓核细胞中的表达情况,RAD51的上调表达与抑制髓核细胞DNA损伤有关,即FOXO6上调表达能够抑制DNA损伤标志物γH2AX的形成,抑制RAD51激活介导的DNA损伤。(5)在髓核细胞中,上调FOXO6能够降低II型胶原、聚集蛋白聚糖、SOD1和CAT的丢失,抑制I型胶原、X型胶原、TNF-αIL-1β的基因表达且能够通过激活RAD51以促进髓核细胞的增殖和调节细胞周期。第二部分逆向网络药理学研究结果显示(1)TP53、TGFB1、PRKDC等为髓核细胞DNA损伤修复的关键基因靶点。(2)甘油、没食子儿茶酚等为髓核细胞DNA损伤修复基因靶点对应的关键化学成分。(3)蝉蜕、金荞麦、沙苑子等23种药物有潜力成为髓核细胞DNA损伤修复的关键药物。结论:第一部分:(1)研究表明Fox O6通过激活RAD51的表达来减轻髓核细胞的退化表型和DNA损伤。(2)Fox O6在髓核细胞中的保护作用可能涉及保持细胞外基质和氧化酶的稳定性及抗炎作用,这为更好地理解FOXO6在椎间盘退行性变中发挥的作用提供了新的观点。第二部分:研究表明逆向网络药理学能够基于拓扑网络中关键基因靶点与有效化学成分预测髓核细胞DNA损伤的潜在药物,潜在药物为蝉蜕、金荞麦、沙苑子等,逆向网络药理学为后续的药物挖掘与研究提供了新的思路。
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