Вплив нарингеніну на профілі мікроРНК-мРНК у клітинах HepaRG

Mar 12, 2022


За більш детальною інформацією звертайтесь:tina.xiang@wecistanche.com


Анотація: Нарингенин, натуральнийфлавоноїдшироко зустрічається в цитрусових, як повідомляється, має антиоксидантні, протизапальні та гепатопротекторні властивості як природна харчова добавка. Однак регуляторний механізм нарингеніну в печінці людини залишається неясним. У цьому дослідженні секвенування матричної РНК (mRNA-seq), секвенування мікроРНК (miRNA-seq) і кПЦР у реальному часі використовувалися для розрізнення відмінностей експресії між контрольними та обробленими нарингеніном клітинами HepaRG. Ми отримали 1037 диференціально експресованих мРНК і 234 мікроРНК. Відповідно до цільового прогнозу та інтеграційного аналізу in silico, ми знайшли 20 потенційних пар мікроРНК-мРНК, залучених допечінкаметаболізм. Це дослідження є першим, яке надає перспективу взаємодії мікроРНК-мРНК у регуляції нарингеніну за допомогою інтегрованого аналізу мРНК-seq і miRNA-seq в клітинах HepaRG, що додатково характеризує нутрицевтичну цінність нарингеніну як харчової добавки.

Ключові слова: нарингенин; мРНК-послідовність; мікроРНК-seq; Клітини HepaRG

4flavonoids anti-inflammatory

натисніть, щоб отримати більше інформації про продукт

1. Введення

Нарінгенін, природний флавоноїд, у великій кількості міститься в цитрусових та інших їстівних фруктах, таких як грейпфрут, апельсини, бергамот, помідори та інжир [1]. Після перорального прийому нарингенін широко розподіляється в шлунково-кишковому тракті та печінці [2,3] і виявляє прямі антиоксидантні властивості завдяки активності поглинання вільних радикалів завдяки своїй молекулярній структурі та індукує ендогенну антиоксидантну систему в печінці [4]. Все більше доказів як in vitro, так і in vivo досліджень виявили різні захисні властивості нарингеніну, такі якпротизапальні ліки[5], антиоксидантний [6], антифіброзний [Z] і гепатопротекторний 4,8| діяльності. Ці можливості свідчать про те, що дієтичний нарингенін можна застосовувати для запобігання метаболічного синдрому та злоякісних захворювань, включаючи фульмінантний гепатит, жирову хворобу.хвороба печінки, фіброз та ін. 19,10]. Проте існує кілька детальних досліджень про регуляторний вплив нарингеніну на загальні гени печінки [4].

МікроРНК (міРНК) — це клас некодуючих одноланцюгових молекул РНК довжиною 18-26 нуклеотидів, кодованих ендогенними генами, які демонструють широкий спектр біологічних регуляторних функцій у філогенезі, диференціації, проліферації та апоптозі [11]. мікроРНК, зв’язуючи месенджерні РНК (мРНК) шляхом розпізнавання, специфічного для послідовності, негативно регулює експресію генів на посттранскрипційному рівні через деградацію цільових мРНК [12]. При екзогенній стимуляції експресія мікроРНК змінюється, а потім регулюється експресія цільової мРНК. Зрештою, екстенсивні фізіологічні функції змінюються, щоб справлятися з проблемами, викликаними екзогенною стимуляцією [13]. Більш надійний метод прогнозування цільових зв’язків мікроРНК-мРНК полягає в одночасній інтеграції аналізу мРНК-seq з аналізом мікроРНК-seq з використанням певного контексту обробки in silico [14].

Тому нашою метою було вивчити вплив нарингеніну на глобальні гени та висвітлити можливий регуляторний механізм пар мікроРНК-мРНК у печінці. У цьому дослідженні зміни експресії мРНК і профілі експресії мікроРНК були досліджені в клітинах HepaRG шляхом виконання мРНК-seq, miRNA-seq, біоінформаційного аналізу та кПЦР у реальному часі, щоб надати докази потенціалу нарингеніну як природної харчової добавки.

flavonoids antioxidant

2. Результати

2.1. Аналіз секвенування транскриптомів у відповіді на нарингенін

Визначити зміни експресії мРНККлітини HepaRGу відповідь на нарінгенін, вісім комплементарних бібліотек ДНК (кДНК) у контрольній групі (CK-1, CK-2, CK-3 і CK-4) та експериментальній групі (T-1, T-2, T-3 і T-4) були сконструйовані з загальною РНК і піддані секвенуванню Illumina HiSeq2500 (Genedenovo Biotechnology Co., Ltd, Guangzhou) , Китай). Огляди результатів секвенування та складання для контрольної групи та експериментальної групи наведено в таблиці 1. Зміни експресії генів аналізували шляхом порівняння обробленої та контрольної груп. Як показано на малюнку 1a, група, яка отримувала вплив нарингеніну, експресувала 1037 диференціально експресованих генів (DEG) порівняно з контрольною групою. Теплова карта 1037 DEG показала кластерний аналіз контрольної групи та групи нарінгеніну (Малюнок 1b; 381 генів з підвищенням і 656 з пониженою регуляцією; Таблиця S1, Додаткові матеріали).

Summary of sequence data generated for HepaRG cells transcriptome and quality filtering.

Згідно з системою класифікації Gene Ontology (GO), 1037 DEG були класифіковані на три основні функціональні категорії (біологічний процес, клітинний компонент і молекулярна функція) і 61 підкатегорію (рис. 2). Серед біологічних процесів клітинний процес (731) був представлений найчастіше, потім процес одного організму (672) і біологічна регуляція (595). У категорії клітинного компонента значна частка кластерів була віднесена до клітини (727), частини клітини (721) і органоїди (580). Гени, залучені до груп зв’язування (666) і каталітичної активності (238), були особливо представлені в категорії молекулярних функцій.

Figure 1. Identification of differentially expressed messenger RNAs (mRNAs) in response to naringenin.(a)Volcano plot showed that all non-redundant unigenes were identified in the control group and the naringenin group. The 20,285gray dots represent non-significantly differentially expressed mRNAs, the 381 red dots represent significantly differentially up-regulated mRNAs, and the 656 blue dots represent significantly differentially down-regulated mRNAs; FC(fold change)= the naringenin group/the control group;FDR(false discovery rate), the expected percent of false predictions in the set of predictions;(b)heat map showing 1037 differentially expressed genes(DEGs), comparing the control group with the naringenin group. Each row represents one mRNA, and each column represents a sample. Red, upregulation;blue, downregulation; CK-1,CK-2, CK-3, and CK-4, the control group;T-1, T-2,T-3,and T-4, the naringenin group.

 Gene Ontology (GO) terms categorization of 1037 DEGs. Number of genes: number of target genes in a term. Red, upregulation; green, downregulation; CK, the control group; T, the naringenin group

Класифікація Кіотської енциклопедії генів і геномів (KEGG) була знайдена для 1037 DEG, які були далі класифіковані в першу двадцятку біохімічних шляхів відповідно до найменшого значення q і найбільшого GeneNumber в анотації шляху (рис. 3). GeneNumber і співвідношення анотованих генів п’яти головних шляхів: системний червоний вовчак (33,8,4 відсотка), алкоголізм (38,9,67 відсотка), порушення транскрипційної регуляції при раку (22, 5,6 відсотка), сигнальний шлях PI3K-Akt (34, 8,65 відсотка), а також каскади комплементу та коагуляції (12, 3,05 відсотка o). Серед п’яти шляхів було більше 10 збагачених генів. Загалом лікування нарингеніном мало значний вплив на глобальний профіль експресії генів клітин HepaRG. Ці результати означають, що гени, задіяні в цих шляхах, можуть відігравати вирішальну роль у регуляції нарингеніну.

Top 20 pathways of Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) terms for 1037 DEGs. GeneNumber: number of target genes in a pathway. RichFactor: ratio of number of target genes divided by number of all the genes in a term or pathway

2.2. Аналіз рівнів транскриптів мікроРНК у відповідь на нарингенін

У цьому дослідженні ми мали на меті визначити, чинарингенінвплив змінює рівні експресії мікроРНК у клітинах HepaRG. Після впливу ми зібрали малі РНК і виміряли їх відносну кількість за допомогою Illumina HiSeq2500 (Genedenovo Biotechnology Co., Ltd, Гуанчжоу, Китай). Як показано в Таблиці 2, чисті зчитування восьми зразків були згенеровані, відповідно, після видалення зчитування забруднення. Огляд зчитувань для секвенування малих РНК від необроблених даних до високоякісних і з якісним фільтруванням наведено в таблиці 2. Розподіл малих РНК за довжиною був подібним між бібліотеками, оскільки 21-23 nt РНК були найпоширенішими (рис. 4). ).

. Summary of sequence data generated for HepaRG cells' small RNA and quality filtering.

bution of the small RNA sequence. CK-1, CK-2, CK-3, and CK-4, the control group; T-1, T-2, T- 3, and T-4, the naringenin group. Figure 4. The length distribution of the small RNA sequence. CK-1, CK-2, CK-3, and CK-4, the control group; T-1, T-2, T-3, and T-4, the naringenin group.

Усі малі РНК були вирівняні в базі даних GeneBank (версія 209.0) і базі даних Rfam (11.0) для ідентифікації та видалення рибосомальної РНК (рРНК), малої умовної РНК (scRNA), мала ядерцева (сноРНК), мала ядерна (мнРНК) і переносна РНК (тРНК). Відповідно до еталонного генома ці малі РНК, картовані на екзони, інтрони та повторювані послідовності, також були видалені. Фільтруючі малі РНК шукали в базі даних miRBase (випуск 21) для ідентифікації мікроРНК. Теплова карта 3373 мікроРНК показує кластерний аналіз контрольної групи та групи нарингеніну на малюнку 5а. Профілювання Illumina HiSeq2500 3373 мікроРНК, проаналізованих під впливом нарингеніну порівняно з контрольними зразками, показало, що в клітинах HepaRG можна було виявити загалом 234 мікроРНК з диференціальною експресією (DEM, 174 вгору та 60 із зниженою регуляцією; Таблиця S2, Додаткові матеріали) (Малюнок 5b). .

re 5. Identification of differentially expressed microRNA (miRNAs) in response to naringenin. (a) Heat map of 3373  expressed miRNAs in response to naringenin. Each row represents one miRNA, and each column represents a sample.  Red, upregulation; blue, downregulation; CK-1, CK-2, CK-3, and CK-4, the control group; T-1, T-2, T-3, and T-4, the  naringenin group; (b) scatter plot showing 234 DEMs (174 up- and 60 down-regulated) comparing the control group with  the naringenin group. Each dot represents one miRNA. Red, upregulation; green, downregulation; blue, non-significance.  CK, the control group; T, the naringenin group. 2.3. Target Prediction and Integration Analysis of mRNA and miRNA Expression Profiles in  Response to Naringenin Acting at the post-transcriptional level, miRNAs silence and/or down-regulate cellular mRNA gene expression by target RNA cleavage. To predict the target genes of 234  DEMs, we performed computational analyses using the RNAhybrid (v2.1.2) + svmlight  (v6.01), Miranda (v3.3a), and TargetScan (Version: 7.0). The simultaneous profiling of 234  DEMs and 1037 DEGs levels in silico can identify the presumptive target mRNAs of miRNAs. We selected the intersection of DEGs and target genes of DEMs, and then performed  bioinformatics analysis on these intersection genes. A total of 5607 negative miRNAmRNA pairs for naringenin treatment were obtained, with the involvement of 216 DEMs  and 681 DEGs (Table S3, Supplementary Materials). In line with the GO classification sysFigure 5. Identification of differentially expressed microRNA (miRNAs) in response to naringenin. (a) Heat map of 3373 expressed miRNAs in response to naringenin. Each row represents one miRNA, and each column represents a sample. Red, upregulation; blue, downregulation; CK-1, CK-2, CK-3, and CK-4, the control group; T-1, T-2, T-3, and T-4, the naringenin group; (b) scatter plot showing 234 DEMs (174 up- and 60 down-regulated) comparing the control group with the naringenin group. Each dot represents one miRNA. Red, upregulation; green, downregulation; blue, non-significance. CK, the control group; T, the naringenin group.

2.3. Цільове прогнозування та інтеграційний аналіз профілів експресії мРНК і мікроРНК у відповідь на нарингенін

Діючи на посттранскрипційному рівні, мікроРНК замовчують та/або знижують експресію генів клітинної мРНК шляхом розщеплення цільової РНК. Щоб передбачити цільові гени 234 DEM, ми провели обчислювальний аналіз за допомогою RNAhybrid(v2.1.2) plus skylight (v6). .01), Miranda (v3.3a) і TargetScan (Версія:7.0). Одночасне профілювання 234 DEM і 1037 DEG рівнів in silico може ідентифікувати імовірні цільові мРНК мікроРНК. Ми вибрали перетин DEG і цільових генів DEM, а потім провели біоінформаційний аналіз цих генів перетину. Загалом було отримано 5607 негативних пар мікроРНК-мРНК для лікування нарингеніном із залученням 216 DEM і 681 DEG (Таблиця S3, Додаткові матеріали). Відповідно до системи класифікації GO, 681 DEG було класифіковано за 58 підкатегоріями (рис. 6). Перші три підкатегорії не змінилися в трьох основних функціональних категоріях порівняно з аналізом секвенування транскриптомів (рис. 2 і 6).

 Gene Ontology terms categorization of 681 DEGs. Number of genes: number of target genes in a term. Red,  upregulation; green, downregulation; CK, the control group; T, the naringenin group.

Аналіз збагачення шляху для 681 DEG з 5607 негативних пар мікроРНК-мРНК визначив першу двадцятку шляхів відповідно до найменшого значення q і найбільшого GeneNumber в анотації шляху після впливу нарингеніну (рис. 7): із сигнальним шляхом PI3K-Akt (25,8,96). %) є восьмим шляхом і другим за кількістю.

Top 20 pathways of KEGG terms for 681 DEGs. GeneNumber: number of target genes in  a pathway. RichFactor: ratio of number of target genes divided by number of all the genes in a  term or pathway. 2.4. Real-Time qPCR Validation of Naringenin Regulation in Liver Metabolism and Potential  Regulatory miRNA-mRNA Pairs According to global gene function annotations, literature review, and their potential  relationship with naringenin-responsive miRNAs, 19 DEGs (ALOX15, CA9, TH, HKDC1,  NDUFA4L2, RRM2, ACSL5, PLA2G4C, LIPT2, UGDH, FTCD, ABAT, AZIN2, HS6ST3,  B4GALT6, GUSB, DCT, ALAS2, and MAT1A) were manually selected as representatives  for their potential roles in liver metabolism. In addition, the PI3K–Akt signaling pathway  had been significantly enriched (fourth in the KEGG of RNA-seq analysis, Figure 3; eighth  in the KEGG of miRNA-RNA-seq analysis, Figure 7); therefore, 11 DEGs (PDGFRB,  CSF1R, FGFR2, IL2RG, IL7R, ITGB4, GNG4, PCK1, CREB3L3, CREB3L1, and NFκB1) among the PI3K–Akt signaling pathway were screened out. We here described the interaction between the 30 DEGs and 11 human miRNAs (hsamiR-1306-5p, hsa-miR-627-3p, hsa-miR-194-3p, hsa-miR-676-3p, hsa-miR-6837-5p, hsamiR-429, hsa-miR-100-3p, hsa-miR-194-5p, hsa-miR-519a-3p, hsa-miR-7-5p, and hsa-miR- 200a-5p), including 20 negative miRNA–mRNA interactions (Figure 8). As shown in Figure 8, a single miRNA can regulate multiple target mRNAs and vice versa (e.g., ABAT,  HS6ST3, B4GALT6, and DCT could possibly be simultaneously regulated by hsa-miR-429;  HS6ST3 may be simultaneously regulated by hsa-miR-429, hsa-miR-100-3p, hsa-miR- 519a-3p, hsa-miR-676-3p, hsa-miR-7-5p, and hsa-miR-194-5p; some DEGs had no paired  DEMs). The expression profiles of 19 DEGs related to liver metabolism and 11 DEGs  among the PI3K–Akt signaling pathway were further validated using real-time qPCR  (Figure 9a,b). The expression level of 11 human miRNAs (two up- and nine down-regulated) was further assessed for naringenin-induced changes by real-time qPCR consistent  with sequencing results (Figure 9c). Although there were some quantitative differences  Figure 7. Top 20 pathways of KEGG terms for 681 DEGs. GeneNumber: number of target genes in a pathway. RichFactor: ratio of number of target genes divided by number of all the genes in a term or pathway

2.4. Перевірка qPCR у реальному часі регуляції нарингеніну в метаболізмі печінки та потенційних регуляторних парах мікроРНК-мРНК

Відповідно до глобальних анотацій функцій генів, огляду літератури та їх потенційного зв’язку з мікроРНК, що реагують на нарингенін, 19 DEG (ALOX15, CA9, TH, HKDC1, NDUFA4L2, RRM2, ACSL5, PLA2G4C, LIPT2, UGDH, FTCD, ABAT, AZIN2, HS6ST3 , B4GALT6, GUSB, DCT, ALAS2 і MAT1A) були обрані вручну як представники їхньої потенційної ролі в метаболізмі печінки. Крім того, сигнальний шлях PI3K-Akt був значно збагачений (четвертий у KEGG аналізу RNA-seq, рис. 3; восьмий у KEGG аналізу miRNA-RNA-seq, рис. 7); отже.11 DEG (PDGFRB. CSF1R. FGFR2, IL2RG, IL7R, ITGB4, GNG4, PCK1, CREB3L3, CREB3L1 і NFkB1) серед сигнального шляху PI3K-Akt були відсієні.

Тут ми описали взаємодію між 30 DEG та 11 мікроРНК людини (hsa-miR-1306-5p, hsa-miR-627-3p, hsa-miR-194-3p, hsa-miR{{9 }}p, hsa-miR-6837-5p, hsa-miR-429, hsa-miR-100-3p, hsa-miR-194-5p, hsa-miR{{19} }a-3p, hsa-miR-7-5p і hsa-miR-200a-5p), включаючи 20 негативних взаємодій мікроРНК-мРНК (рис. 9). Як показано на малюнку 9, одна мікроРНК може регулювати кілька цільових мРНК і навпаки (наприклад, ABAT HS6ST3, B4GALT6 і DCT, можливо, можуть одночасно регулюватися hsa-miR-429; HS6ST3 може одночасно регулюватися hsa-miR -429, hsa-miR-100-3p,hsa-miR-519a-3p, hsa-miR-676-3p, hsa-miR-7-5 p і hsa-miR-194-5p; деякі DEG не мали парних DEM). Профілі експресії 19 DEG, пов’язаних з метаболізмом печінки, і 11 DEG серед сигнального шляху PI3K-Akt були додатково підтверджені за допомогою кПЦР у реальному часі (Рис. 9a,b). Рівень експресії 11 мікроРНК людини (дві з підвищеною і дев’ятьма зниженою регуляцією) додатково оцінювали на індуковані нарингеніном зміни за допомогою кПЦР у реальному часі відповідно до результатів секвенування (рис. 9c). Хоча існували деякі кількісні відмінності між двома аналітичними платформами, подібність між даними RNA-seq і ПЛР у реальному часі свідчить про те, що дані RNA-seq були відтворюваними та надійними.

Putative miRNA–mRNA negative correlation network in response to naringenin. Rectangular nodes, mRNAs; diamond nodes, miRNAs.

ure 9. Relative mRNA and miRNA expression of the control group and the naringenin group, in respect to RNA-seq  and real-time qPCR. (a) The 19 genes involved in liver metabolism; (b) 11 genes involved in the PI3K–Akt signaling pathway; (c) 11 putative regulatory miRNAs. Y-axis represents log2 (FC); FC (fold change) = the naringenin group/the control  group. The dashed line indicated fold change data of 2.0. Values are the mean ± SD (n = 4).  3. Discussion and Conclusions  The findings discussed here reveal the first detailed information regarding parallel  mRNA and miRNA expression changes in HepaRG cells in response to naringenin. We  performed an integrative analysis of these data including 234 DEMs and 1037 DEGs induced by naringenin, which provide global insight into the miRNA–mRNA interactions  of naringenin in the regulatory mechanism. According to the gene function annotations  and literature review, 19 DEGs related to metabolism were screened out. In particular, the  PI3K–Akt signaling pathway was significantly enriched both in analysis of transcriptome  sequencing (the third-most abundant, and ranked fourth) and integration analysis of  miRNA-mRNA expression profiles (the second-most abundant, and ranked eighth) in responses to naringenin. In addition, 11 DEGs in the PI3K–Akt signaling pathway were further validated using real-time qPCR analysis. In this work, we constructed a miRNAmRNA regulatory network according to the DEMs and DEGs datasets and miRNA-targeting information. Some studies have demonstrated that the miRNA–mRNA regulatory  network responds to liver damage, including hepatocellular carcinoma and oxidative  stress [15]. Although several miRNA-induced RNA activation phenomena were identified  [16], under most circumstances, the negative correlation between miRNAs and their target  mRNAs is often considered support for miRNA targeting [17]. Ultimately, 20 miRNAmRNA negative correlation pairs were identified with the involvement of liver metabolism and the PI3K–Akt signaling pathway.  With regard to global genes, we addressed our particular research question using  pathway analysis to highlight 19 DEGs related to the functional clusters: metabolism, including Lipid metabolism (ALOX15, ACSL5, PLA2G4C, and B4GALT6), Energy metabolism (CA9 and NDUFA4L2), Metabolism of cofactors and vitamins (TH, LIPT2, and  Figure 9. Relative mRNA and miRNA expression of the control group and the naringenin group, in respect to RNA-seq and real-time qPCR

ure 9. Relative mRNA and miRNA expression of the control group and the naringenin group, in respect to RNA-seq  and real-time qPCR. (a) The 19 genes involved in liver metabolism; (b) 11 genes involved in the PI3K–Akt signaling pathway; (c) 11 putative regulatory miRNAs. Y-axis represents log2 (FC); FC (fold change) = the naringenin group/the control  group. The dashed line indicated fold change data of 2.0. Values are the mean ± SD (n = 4).  3. Discussion and Conclusions  The findings discussed here reveal the first detailed information regarding parallel  mRNA and miRNA expression changes in HepaRG cells in response to naringenin. We  performed an integrative analysis of these data including 234 DEMs and 1037 DEGs induced by naringenin, which provide global insight into the miRNA–mRNA interactions  of naringenin in the regulatory mechanism. According to the gene function annotations  and literature review, 19 DEGs related to metabolism were screened out. In particular, the  PI3K–Akt signaling pathway was significantly enriched both in analysis of transcriptome  sequencing (the third-most abundant, and ranked fourth) and integration analysis of  miRNA-mRNA expression profiles (the second-most abundant, and ranked eighth) in responses to naringenin. In addition, 11 DEGs in the PI3K–Akt signaling pathway were further validated using real-time qPCR analysis. In this work, we constructed a miRNAmRNA regulatory network according to the DEMs and DEGs datasets and miRNA-targeting information. Some studies have demonstrated that the miRNA–mRNA regulatory  network responds to liver damage, including hepatocellular carcinoma and oxidative  stress [15]. Although several miRNA-induced RNA activation phenomena were identified  [16], under most circumstances, the negative correlation between miRNAs and their target  mRNAs is often considered support for miRNA targeting [17]. Ultimately, 20 miRNAmRNA negative correlation pairs were identified with the involvement of liver metabolism and the PI3K–Akt signaling pathway.  With regard to global genes, we addressed our particular research question using  pathway analysis to highlight 19 DEGs related to the functional clusters: metabolism, including Lipid metabolism (ALOX15, ACSL5, PLA2G4C, and B4GALT6), Energy metabolism (CA9 and NDUFA4L2), Metabolism of cofactors and vitamins (TH, LIPT2, and  Figure 9. Relative mRNA and miRNA expression of the control group and the naringenin group, in respect to RNA-seq and real-time qPCR

5flavonoids anticancer

3. Обговорення та висновки

Результати, які обговорюються тут, відкривають першу детальну інформацію щодо змін експресії паралельних мРНК і мікроРНК у клітинах HepaRG у відповідь нанарингенін. Ми провели інтегративний аналіз цих даних, включаючи 234 DEM і 1037 DEG, індукованих нарингеніном, які забезпечують глобальне уявлення про взаємодії мікроРНК-мРНК нарингеніну в регуляторному механізмі. Згідно з анотаціями функції гена та оглядом літератури, було відібрано 19 DEG, пов’язаних з метаболізмом. Зокрема, сигнальний шлях PI3K-Akt був значно збагачений як в аналізі секвенування транскриптомів (третє місце за кількістю та четверте місце), так і в інтеграційному аналізі профілів експресії мікроРНК-мРНК (друге місце за кількістю та восьме місце) у відповідях на нарінгенін. Крім того, 11 DEG в сигнальному шляху PI3K-Akt були додатково підтверджені за допомогою аналізу qPCR у реальному часі. У цій роботі ми побудували регуляторну мережу мікроРНК-мРНК відповідно до наборів даних DEM і DEG та інформації про націлювання на мікроРНК. Деякі дослідження показали, що регуляторна мережа мікроРНК-мРНК реагує наураження печінки, включаючи гепатоцелюлярну карциному та окислювальний стрес [15]. Хоча було виявлено кілька явищ активації РНК, індукованих мікроРНК [16], у більшості випадків негативна кореляція між мікроРНК та їх цільовими мРНК часто вважається підтримкою націлювання на мікроРНК [17]. Зрештою, було ідентифіковано 20 негативних кореляційних пар мікроРНК-мРНК із залученням метаболізму печінки та сигнального шляху PI3K-Akt.

Що стосується глобальних генів, ми розглянули наше конкретне дослідницьке питання за допомогою аналізу шляху, щоб виділити 19 DEG, пов’язаних із функціональними кластерами: метаболізм, включаючи ліпідний метаболізм (ALOX15, ACSL5, PLA2G4C і B4GALT6), енергетичний метаболізм (CA9 і NDUFA4L2) , Метаболізм кофакторів і вітамінів (TH, LIPT2 і FTCD), Метаболізм амінокислот (RRM2, AZIN2, DCT, ALAS2 і MAT1A), Біосинтез і метаболізм гліканів (HS6ST3 і GUSB) і Метаболізм вуглеводів" (HKDC1, PCK1, UGDH і ABAT). Ці 19 DEG, збагачені метаболізмом, головним чином беруть участь у чутливості до інсуліну, накопиченні ліпідів, накопиченні глікогену та витраті енергії. Попередні дослідження показали, що зниження регуляції ALOX15 у спричинених алкоголем пошкодження печінки мишей[18], CA9 у мишей BALB/C [19], TH при неалкогольній жировій хворобі печінки (NAFLD) [20], HKDC1 [21] і активна регуляція UGDH [22] можуть значно зменшити окислювальний стрес, накопичення ліпідів і пошкодження печінки. Нокдаун NDUFA4L2 пригнічує накопичення АФК і апоптозу в клітинах гепатоцелюлярної карциноми (ГЦК) [23]. Сайленсинг RRM2 пригнічував проліферацію клітин NCI-H929 [24], а надмірна експресія FTCD пригнічувала проліферацію клітин, сприяючи пошкодженню ДНК та індукуючи апоптоз клітин у клітинах HCC [25]. Абляція ACSL5 покращила чутливість до інсуліну, збільшила витрати енергії та сповільнила всмоктування тригліцеридів у мишей [26]. Добавки DCT покращили пов’язані з віком стеатоз печінки та запалення [27]. Утворення ліпідних крапель при стимуляції жирними кислотами та вірусом гепатиту С у нокдаунних клітинах PLA2G4C було порушено [28]. Понижена регуляція LIPT2 пригнічує синтез жирних кислот [29]. Підвищена регуляція ABAT [30], AZIN2 [31], B4GALT6 [32], HS6ST3 [33] і GUSB [34] може сприяти розкладанню жирних кислот і глікогену. Надмірна експресія ALAS2 може покращити гемопоетичну здатність печінки [351], а MAT1A, експресований у гепатоцитах, підтримує диференційований стан цих клітин [36]. Згідно з вищеописаними висновками, регуляція цих метаболічних генів у наших результатах може бути сприятливою для покращення метаболізму у відповідь на нарінгенін.

Сигнальний шлях PI3K-Akt може дати підказки для молекулярного механізму, який бере участь у метаболізмі, запаленні та окисному стресі [37], який відіграє ключову роль у відповіді на нарингенін. Сигнальний шлях PI3K-Akt має різноманітний вплив на клітинний метаболізм через пряму регуляцію транспортерів поживних речовин і метаболічних ферментів або контроль факторів транскрипції, які регулюють експресію ключових компонентів метаболічних шляхів [38,39], включаючи метаболізм глюкози, біосинтез макромолекул і підтримання окисно-відновного балансу. Повідомлялося, що глушіння PDGFRB пригнічувало активацію та проліферацію зірчастих клітин печінки та полегшувало фіброз печінки [40]. Очікується, що спільне інгібування CSF1R і FGFR2 посилить протипухлинну дію шляхом націлювання на імунне ухилення та ангіогенез у мікрооточенні пухлини [41]. Знищення ITGB4 пригнічувало гліколіз у асоційованих із раком фібробластах [42]. Генетичний нокдаун PCK1 запобігав індукованому жирними кислотами підвищенню окисного потоку, окисного стресу та запалення [43], що також корелювало з сигнальними шляхами, керованими інсуліном [44]. Було показано, що надмірна експресія ядерного CREB3L3 індукує системний ліполіз, печінковий кетогенез і чутливість до інсуліну з підвищеними витратами енергії [45]. Повідомляється, що інгібування CREB3L1 блокує інвазію та метастазування раку [46]. NFkB є ключовим регулятором розвитку імунітету, імунних відповідей, запалення та раку [47]. Було добре встановлено, що пригнічення NFkB трансдукує протизапальні сигнали та зменшує запалення [48]. У сигнальному шляху PI3K-Akt наші результати показали, що нарингенін суттєво знижує експресію мРНК PDGFRB, PCK1, CREB3L1 і NFkB1 за допомогою відповідних мікроРНК (has-miR-1306-5p і hsa-miR{{40} }p) значно знижується. Таким чином, наші дані свідчать про те, що нарингенін може відігравати благотворну роль у протизапальній, антиоксидантній стресовій діяльності та покращенні метаболізму через інгібування сигнального шляху PI3K-Akt.

Це дослідження було першим, у якому об’єднано аналіз мРНК-seq і miRNA-seq у печінці у відповідь на нарингенин і надає перспективу метаболізму в регуляції нарингенина. З точки зору метаболізму та сигнального шляху PI3K-Akt, 11 DEM, 30 DEG і 20 мікроРНК-мРНК пар потребують додаткових досліджень для активності нарингеніну. Є деякі обмеження цього дослідження; наприклад, дозозалежні та залежні від часу ефекти нарінгеніну у взаємодіях мікроРНК-мРНК все ще залишалися незрозумілими. Хоча мікроРНК, проаналізовані in silico, передбачають регуляторні можливості, їх функції необхідно додатково сертифікувати в конкретному контексті в живій системі. Підводячи підсумок, ми провели попереднє дослідження з аналізом експресії мРНК і мікроРНК і профілювання метаболізму. Регуляторний механізм пар мікроРНК-мРНК може бути додатковим можливим доказом анотації нутрицевтичної цінності нарингеніну.

Effects on protection liver of cistanche

4. Матеріали та методи

4.1. Хімічні речовини та реагенти

Клітинна лінія HepaRG спочатку була придбана в Biopredic International (Ренн, Франція). Середовище RPMI-1640 і розчин пеніцилін-стрептоміцин-глутамін були отримані від Gibco (Гейтерсбург, Меріленд, США). Ембріональна бичача сироватка (FBS) була придбана у компанії Corning (Окленд, Нова Зеландія). Нарингенін і диметилсульфоксид (ДМСО) були від Sigma-Aldrich (Сент-Луїс, Міссурі, США). Реагент TRIzolTM був поставлений Thermo Fisher (Карлсбад, Каліфорнія, США). Надчисту воду очищали за допомогою академічної системи очищення води Milli-O (Millipore, Бедфорд, Массачусетс, США). Усі інші реагенти були комерційними продуктами найвищого доступного аналітичного класу.

4.2. Культура клітин HepaRG

Клітини HepaRG висівали при 5×10*клітин/см у шестилункові планшети та вирощували в середовищі RPMI-1640, культивували з або без 100 мкМ нарингеніну протягом 48 годин і доповнювали 10% FBS та 1% антибіотиків (100 ОД/мл пеніциліну та 100 мкг/мл стрептоміцину) при 37°С у зволоженому 5% CO, інкубатор. CK-1, CK-2, CK-3 і CK-4 відносяться до контрольної контрольної групи; T-1, T-2, T-3 і T-4 відносяться до групи лікування 100 мкМ нарингеніну. Цифри 1, 2, 3 і 4 представляють зразки з чотирьох незалежних повторних експериментів.

4.3. Тотальна екстракція РНК

Клітини HepaRG двічі промивали охолодженим фосфатним буферним розчином (PBS) і збирали реагентом TRIzolTM, як рекомендовано виробником. Спектрофотометри Thermo Scientific NanoDropTM2000 c (Вілмінгтон, Делавер, США) використовувалися для вимірювання якості та кількості РНК у кожному зразку згідно з протоколом виробника.

4.4. Секвенування РНК

МРНК збагачували кульками Oligo(dT), потім збагачену мРНК фрагментували та зворотно транскрибували в кДНК із довільними праймерами за допомогою набору для екстракції ПЛР OiaOuick (Qiagen, Venlo, Нідерланди). Молекули РНК розміром 18-30 нт були збагачені за допомогою електрофорезу в поліакриламідному гелі. Були додані 3'- і 5'-адаптери, потім збагачені РНК були піддані зворотній транскрипції за допомогою набору для екстракції ПЛР QiaQuick відповідно до інструкцій виробника (Qiagen, Venlo, Нідерланди). Продукти лігування відбирали за розміром за допомогою електрофорезу в агарозному гелі. Було чотири зразки в групі нарингеніну і чотири зразки в контрольній групі. Кожен зразок генерував дві бібліотеки кДНК: одну для mRNA-seq, а іншу для miRNA-seg. ПЛР-ампліфіковані продукти були збагачені для створення відповідно 16 бібліотек кДНК і секвеновані за допомогою Ⅲlumina HiSeq2500 від Genedenovo Biotechnology Co. (Гуанчжоу, Китай). Дані секвенування РНК і малих РНК були збережені в NCBI Sequence Read Archive (інвентарні номери від SRR13675952 до SRR13675963).

4.5. qPCR в реальному часі

Транскрипцію мРНК у кДНК проводили за допомогою системи зворотної транскрипції GoScriptTM (Promega, Медісон, Вісконсин, США) з 3 мкг загальної РНК відповідно до інструкцій виробника. Для аналізу мікроРНК синтез кДНК проводили за допомогою мікроРНК First Strand cDNA Synthesis (Tailing Reaction, Sangon Biotech, Шанхай, Китай) з 2 мкг загальної РНК.

з GoTaq® qPCR Master Mix(Promega, Медісон, Вісконсин, США) на LightCycler 480 (Roche, Мангейм, Німеччина), як рекомендовано виробником. Процедура термічного циклу починалася з початкової денатурації при 95°С протягом 10 хв. Після цього було 45 циклів денатурації протягом 10 секунд при 95 градусах, зв'язування праймера протягом 20 секунд при 60 градусах і подовження протягом 20 секунд при 72 градусах. Процедура завершилася остаточним підсиленням при 95 градусах протягом 5 секунд, 65 градусах С протягом 1 хвилини, додаванні етапу кривої дисоціації та етапу охолодження. Праймери були придбані у Sangon Biotech (Шанхай, Китай). Послідовності пар праймерів, які використовуються для підтвердження підпису, описані в таблицях 3 і 4. Значення Ct розраховували відносно -актину або U6.

image

image

4.6. Біоінформаційний аналіз і статистика

DEG і DEM були ідентифіковані за допомогою пакета програмного забезпечення на основі R. Пороговим значенням для вибору DEG і DEM було значення q (скориговане p-значення) Менше або дорівнює 0.05 і кратна зміна (FC) Більше або дорівнює 2 або менше більше або дорівнює 0,5. Класифікація KEGG і GO, включаючи молекулярні функції, біологічні процеси та клітинні компоненти, використовувалася для аналізу DEG і DEM.

Результати біологічного аналізу представлені у формі середнього ± SD на основі чотирьох незалежних експериментів у GraphPad Prism 8.

Додаткові матеріали. Наступні матеріали доступні в Інтернеті за адресою https://www.mdpi.com/1422-0 067/22/5/2292/s1: Таблиця S1, Ідентифікація 1037 диференціально експресованих мРНК у відповідь на нарингенін; Таблиця S2, Ідентифікація 234 диференціально експресованих мікроРНК у відповідь на нарингенін; Таблиця S3, Ідентифікація 5607 негативних пар мікроРНК-мРНК у відповідь на нарингенін із залученням 216 DEM та 681 DEG загалом

Список літератури

1. Салехі, Б.; Fokou, PVT. Терапевтичний потенціал нарингеніну: огляд клінічних випробувань. Pharmaceuticals 2019, 12, 11. [CrossRef] [PubMed]

2. Бай, Ю.; Пен, В.; Ян, К.; Цзоу, В.; Лю, М.; Ву, Х.; Фан, Л.; Лі, П.; Цзен, X.; Su, W. Фармакокінетика та метаболізм нарингіну та активного метаболіту нарингеніну у щурів, собак, людей та відмінності між видами. Фронт. Pharmacol. 2020, 11, 364. [CrossRef]

3. Джоші, Р.; Кулкарні Ю.А.; Wairkar, S. Фармакокінетичні, фармакодинамічні аспекти та рецептури нарингеніну: Оновлення. Life Sci. 2018, 215, 43–56. [CrossRef]

4. Ернандес-Акіно, Е.; Muriel, P. Корисні ефекти нарингеніну при захворюваннях печінки: молекулярні механізми. World J. Gastroenterol. 2018, 24, 1679–1707. [CrossRef]

5. Ван, К.; Оу, Ю.; Ху, Г.; Wen, C.; Юе, С.; Чен, Ч.; Сюй, Л.; Се, Дж.; Дай, Х.; Сяо, Х.; та ін. Нарінгенін послаблює неалкогольну жирову хворобу печінки шляхом зниження регуляції шляху NLRP3/NF-κB у мишей. бр. J. Pharmacol. 2020, 177, 1806–1821. [CrossRef]

6. Хан, Т.Г.; Ganaie, MA Naringenin запобігає токсичності, спричиненій доксорубіцином, у тканинах нирок, регулюючи окислювальний і запальний інсульт у щурів Wistar. Арк. фізіол. Біохім. 2020, 126, 300–307. [CrossRef]

7. Ван, Дж.; Дінг, Ю.; Zhou, W. Самомодифіковані ліпосоми альбуміну для лікування фіброзу печінки за допомогою SPARC-залежних шляхів. Міжн. J. Pharm. 2020, 574, 118940. [CrossRef]

8. Комеці, Л.; Говендер, К.; Мофо Мато, ЄП; Херчунд, Р.; Owira, PMO. Зменшуючи окислювальний стрес, нарингенін пом’якшує індуковану гіперглікемією регуляцію білка еритроїдного 2-фактора 2 печінкового ядерного фактора. J. Pharm. Pharmacol. 2020, 72, 1394–1404. [CrossRef] [PubMed]

9. Россіно, М.Г.; Casini, G. Нутрицевтики для лікування діабетичної ретинопатії. Поживні речовини 2019, 11, 771. [CrossRef] [PubMed]

10. Ернандес-Акіно, Е.; Quezada-Ramírez, MA; Сільва-Оліварес, А.; Касас-Грахалес, С.; Рамос-Товар, Е.; Флорес-Бельтран, RE; Сеговія, Дж.; Шибаяма, М.; Muriel, P. Naringenin послаблює прогресування фіброзу печінки через інактивацію зірчастих клітин печінки та профіфіброгенних шляхів. Євро. J. Pharmacol. 2019, 865, 172730. [CrossRef] [PubMed]


Вам також може сподобатися