Bir Hibrit Sistem Biyolojisi ve Sistem Farmakolojisi Zingerone'nin Yeniden Yapılandırılmış İnsan Epidermal Dokuları Üzerindeki Etkilerinin İncelenmesi Bölüm 1

Lütfen iletişime geçinoscar.xiao@wecistanche.comdaha fazla bilgi için

Arka fon:Bireyler daha uzun yaşadıkça, yaşlı popülasyonların sorunlarla karşılaşması beklenebilir. Bu model, araştırmacıları, başarılı yaşlanma karşıtı ajanlar üretmek için yaşlanma kavramını daha fazla araştırmaya teşvik ediyor. Mevcut çalışmada, zingeronun (doğal bir bileşik) epidermal dokular üzerindeki etkileri, bir biyoinformatik yaklaşım kullanılarak analiz edildi. Yöntemler: Bu amaçla, diferansiyel olarak eksprese edilmiş genlerin tanımlanmasından gen ontolojisinin analiz edilmesine, Zingerone'nin benzer yapılarının ve özelliklerinin (yani, anti- oksidan, anti-inflamatuar ve cilt bozuklukları), gen-kimyasallar ağının oluşturulması, gen-hastalık ilişkilerinin analiz edilmesi ve literatürde sunulan kanıtlar aracılığıyla önemli genlerin doğrulanması.

Sonuçlar:Mikrodizi veri setinin sonradan işlenmesi, kontrol ve Zingerone ile tedavi edilen numuneler arasında on üç temel gen tanımladı.cistanche tozuProsedür, olası cilt ile ilgili etkileri olan çeşitli yapısal olarak benzer kimyasal ve bitkisel bileşikleri ortaya çıkardı. Ek olarak, farklı şekilde eksprese edilen genlerin ciltle ilgili hastalıklarla ilişkilerini inceledik ve literatürde mevcut kanıtlar altında cilt bozuklukları ile doğrudan bağlantılarını doğruladık. Ayrıca, mikrodizi profilleme veri setinin analizi, sitokin ailesinin bir parçası olarak interlökinlerin cilt yaşlanmasının ilerlemesi üzerindeki kritik rolünü ortaya çıkardı.

Daha fazla bilgi için lütfen buraya tıklayın

Sonuçlar:Zingerone ve potansiyel olarak Zingerone'un herhangi bir bileşeni (örneğin, bunların benzer bileşik tarama işlevselliği), cilt yaşlanması gibi cilt bozukluklarının tedavisinde terapötik ajanlar olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, Zingerone'nin faydalı etkileri, gelecekteki çalışmalarda diğer modellerde (yani insan veya hayvan) değerlendirilmelidir.

Anahtar Kelimeler:Zingerone, Cilt yaşlanması, Sistem biyolojisi, Sistem farmakolojisi, İnterlökin, Gen-hastalık ilişkisi, Gen-kimyasallar ağı, Benzer bileşikler, Cilt bozukluğu

Arka fon

Epidermis, dermis ve subkutan tabakalardan oluşan cilt, vücudun en büyük organıdır ve dış çevre ile iç çevre arasında koruyan ve koruyan fiziksel bir bariyer oluşturur. Nüfus yaşlandıkça, epidermis ve dermis, yeni yaşlanma karşıtı terapötik ajanların gelişimini teşvik eden çeşitli değişikliklerin birincil hedefleridir [1]. UV radyasyonu ve ksenobiyotikler gibi fiziksel ve kimyasal çevresel faktörler, ilgili sinyal yollarını değiştirerek, bağışıklık sistemini baskılayarak ve reaktif oksijen türleri (ROS) ve ışığa duyarlılık hastalıkları üreterek cilt hücrelerinin oksidatif stresinde önemli roller oynarlar [2]. Topikal retinoidler, peelingler (ör., salisilik asit), botulinum nörotoksin, yumuşak doku dolgu maddeleri, kollajenler, hyaluronik asit, otolog yağ, allojenik ve sentetik ürünler, lazerler, cerrahi prosedürler ve endokrinolojik tedaviler dahil olmak üzere çeşitli cilt yaşlanma karşıtı tedavi prosedürleri mevcuttur. , yanı sıra fitohormonlar gibi diğer alternatifler[3]. Raporlar, doğal bileşiklerin kullanımının, cilt yaşlanmasının UV kaynaklı etkilerini azaltmada umut verici sonuçlara sahip olduğunu gösterdi ve bu da kozmetikle ilgili bilimlerde birincil rol oynamalarını sağladı[4].

(4-(4-hidroksi-3-metoksifenil)-2-bu-Zingeronetanone), Zencefil'den (Zingiber officinale Rosc) türetilen ucuz ve toksik olmayan bir fenolik alkenon yapısıdır. tüm dünyada ilaç ve gıda endüstrilerinde kullanılan bitki (örn. Çin, Yunanistan ve Hindistan)[5-7].cistanche salsa özüZingerone, pişirilirken veya kurutulurken gingerol dehidrasyonunun bir sonucudur [5]. Zingerone'nin ana farmakolojik özellikleri arasında anti-oksidatif, bağışıklık uyarıcı, anti-inflamatuar ve anti-kanser etkileri bulunur [8]. Önceki çalışmalar, Zingerone'nin epidermisi korumada anti-ultraviyole B(UVB) radyasyon aktivitesini bildirmiştir [9].

Cistanche yaşlanmayı geciktirebilir

Zingerone muhtemelen apoptotik yolu bloke ederek, böylece oksidatif stresi önleyerek ve inflamasyonu sınırlayarak nöroprotektif bir ajan olarak hareket eder [10]. Zingerone adı verilen polifenolik bileşiklerin zencefilde bulunduğu ve güçlü antioksidan özelliklere sahip olduğu, serbest radikal süpürücü aktivite sergilediği ve oksidatif strese karşı direnç sağladığı düşünülmektedir[11].cistanche sapıKurşun kaynaklı toksisite[12], streptozotosin/yüksek yağlı diyet kaynaklı tip 2 diyabet[13], romatoid artrit [14], lipopolisakkarit kaynaklı oksidatif stres, DNA hasarı, sitokin fırtınalarında Zin-geronun çeşitli koruyucu etkileri bildirilmiştir. [15], deneysel kolon karsinogenezi [16], alloksan kaynaklı oksidatif stres [17], siklofosfamid kaynaklı organ toksisitesi [11] ve sisplatin (cis-diamminedikloroplati-num (I) kaynaklı jejunal toksisite[18]. Zingerone büyük ölçüde NF-KB, TGF- , TNF- , IL-1 , IL-6 ve Hs-CRP düzeylerini düşürürken, I-10 düzeylerini önemli ölçüde artırır ve antioksidan enzim düzeylerini eski haline getirir [14] Böylece, yukarıda belirtilen toksisitelere ve hastalıklara maruz kalan hayvanlara (örneğin, Wistar sıçanları) verildiğinde, Zingerone oksidatif stresi, iltihabı ve çoklu organ hasarını azaltabilir.

Yazarın bildiği kadarıyla, kontrol dokuları ile Zingerone tarafından tedavi edilenler arasında önemli ölçüde farklı şekilde eksprese edilen genleri belirlemek için sistem biyolojisi ve sistem farmakolojisi yaklaşımlarını kullanan hiçbir araştırma yoktur. Bu çalışmada, bu amacı karşılamak için mevcut mikroarray gen ekspresyonu profilleme veri setlerini kullandık. Tanımlanan genlerin fonksiyonel ve hücresel mekanizmaları da incelendi. Daha sonra gen hastalığı ve gen kimyasalları da dahil olmak üzere çeşitli ağ analizleri yapıldı. Son olarak, Zingerone'nin yapısına benzer kimyasal ve bitkisel bileşiklerin etkileri detaylı olarak incelendi ve literatürde bulunan kanıtlara dayalı olarak potansiyel anlamlı genlerin validasyonu gözden geçirildi.

yöntemler

Mevcut araştırma iş akışının bir özeti, Şekil 1'de gösterildiği gibi bir akış şeması diyagramı olarak gösterilmektedir. Veri kaynağı Bu çalışmada kullanılan veri seti, ulusal biyoteknoloji bilgi merkezinin (NCBI) gen ekspresyonu omnibus (GEO) veri tabanı deposundan herkese açıktır (örn., https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ ) GPL17692 [HuGene-2_1-st] Affymetrix Human Gene 2.1 ST Array [transkript(gen) versiyonu] platformu ile. Mevcut tek GEO veri seti, GSE133338, Şekil 1'de gösterildiği gibi, Zingerone (n=3) ve su kontrolü (n=3) ile tedavi edilen altı yeniden yapılandırılmış insan epidermal (RHE) dokusunu içeriyordu.

İki tip doku arasında farklı şekilde ifade edilen genler (DEG'ler)

Richard Simon ve BRB-ArrayTools Geliştirme Ekibi, güçlü DEG'leri belirlemek için bir genomik analitik aracı olan BRB-ArrayTools(v4.6.1, kararlı sürüm) geliştirdi. GEO veri kümesi içe aktarma, gen filtreleme (örn. 19]), önemli DEG'leri tanımlamak için gerekliydi. BRB-ArrayTools, mevcut gürültüyü atarak prob yoğunluklarını karşılık gelen gen ekspresyon değerlerine eşlemek için alman (guanin-sitozin sağlam çoklu dizi analizi) algoritmasını kullandı. Tedavi edilen iki grup arasındaki karşılaştırma, tek değişkenli permütasyon testleri ve kat değişim eşiği için 10,000 ve 1 değerleri kullanılarak önemli DEG'lerin tanımlanmasıyla sonuçlandı. Elde edilen DEG sonuçları, p 0.05'ten küçük veya buna eşit değerde anlamlıydı.

http://david.abcc.ncifcrf.gov/summary.jsp adresinden ücretsiz olarak erişilebilen gen ontolojisi ve fonksiyonel zenginleştirme analizleri DAVID v.6.8 (Annotation, Visualization ve Integrated Discovery Veritabanı), gen ontolojisinin değerlendirilmesini sağlamıştır. (GİT). Bu değerlendirme, DEG'lerin [20,21] hücresel bileşenlerini, moleküler işlevlerini ve biyolojik işlemlerini içermiştir. Değiştirilmiş bir Fisher kesin p-değerinin EASE puanı için eşik, varsayılan değeri olan 0.1'e ayarlandı.

Zingerone'un etkinlik ve benzerlik yapısı analizleri

Zingerone yapısı için kanonik SMILES (basitleştirilmiş moleküler giriş satır giriş sistemi) dizisi (Şekil 2a'da gösterilmiştir) PubChem bileşik veritabanından (https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound) elde edilmiştir[ 22]. Her bir SMILES dizisi, çevrimiçi web kullanılarak PubChem benzerlik yapısı ve ADME tahmini için kullanıldı.

sunucu araçları, yani SwissADME [23-25], SwissSimilarity [26] ve SwissTargetPrediction [27]. SwissADME web sunucusu, fizikokimyasal tanımlayıcılar, ADME ile ilgili parametreler, farmakokinetik özellikler, ilaç benzerliği etkisi ve SMILES yapısının tıbbi kimyaya uygunluğunun incelenmesi dahil olmak üzere çeşitli parametreleri hesaplayarak ilaç tasarımı ve keşfini kapsar.

PubChem benzerlik yapısı ve SwissSimilarity araçları için benzerlik kriterleri sırasıyla {{0}}.92 ve 0.50 idi. Son olarak, benzer bileşiklerin işlevsellikleri için mevcut herhangi bir kanıt için literatürü taradık.

Gen-hastalık ve gen-kimyasal ağ analizleri İnsanla ilgili literatürden türetilen kullanıcı dostu DisGeNET (yani http://www.disgenet.org/) platformu aracılığıyla elde edilen önemli genlere göre ilgili hastalıkları kanıtlarla çıkardık. gen-hastalık ilişkileri [28].cistanche tubulosa faydaları ve yan etkileriEk olarak, Zingerone tedavisinden etkilenen elde edilen DEG'lerin çeşitli spesifik hastalıklarda (ve muhtemelen ciltle ilgili bozukluklarda) katılımı, bu tür genlerin hastalığın potansiyel biyobelirteçleri olarak ifade edilip edilmediğini doğrulamak ve doğrulamak için literatür çalışmaları aracılığıyla kapsamlı bir şekilde tarandı. Ayrıca, literatürde mevcut olan genler ve bileşikler arasındaki güçlü ilişkileri ortaya çıkarmak için NetworkAnalyst 3.0 web sunucusundan gen-kimyasallar ağını oluşturduk ve analiz ettik[29].

Sonuçlar

Herhangi bir olası genin eksik olması nihai sonuçları etkileyebileceğinden, mikrodizi veri setinde yer alan tüm genler dikkate alınır. İki örnekli bir t-testi kullanan veri ön işleme ve sınıf karşılaştırma yaklaşımı, açıklamalı genler olarak yalnızca on üç DEG'nin mevcut olduğu toplam altmış prob kimliği ortaya çıkardı. Kontrol ve Zingerone ile muamele edilmiş numuneler arasındaki gen ekspresyon seviyeleri ile birlikte dört gen aşağı regüle edildi ve dokuzu yukarı regüle edildi (Şekil 2b'de gösterildiği gibi). DAVID işlevsel açıklama aracı, iki hücresel bileşenin (yani, (i) GO:0005615 ve ilgili dört gen TNFRSF11B, CTSL, ENDOU ve SPACA5 ve (ii) ile hücre dışı alanın) olduğunu ortaya çıkardı. )GO:{{20}}005576, ilgili üç gen TNFRSF11B, CTSL ve ENDOU) içeren bir hücre dışı bölge anlamlı bulundu. 1.00 ve 0.80 kappa değerleri, iki GO terimi arasında çok yüksek düzeyde bir benzerlik olduğunu gösterdi. Ayrıca, GO:0005615 ve GO:0005576 için istatistiksel ölçüm değerleri, 7.73 ve 4.85'lik katlanmış zenginleştirmelere, 0.09 ve 0.72'lik Bonferroni değerlerine ve 0.088 ve 0.60'lık Benjamini değerlerine ve 0.088 ve 0.6'lık yanlış keşif oranı (FDR) değerlerine sahiptir. sırasıyla. GO terimlerinin ayrıntılı incelemesi, karşılık gelen alt terimlerinin GO:0005576 ve GO:0005615 ile çeşitli ilişkileri ve çapraz referansları olduğunu gösterir. Hücre dışı alanı içeren ilişkiler, interlökin-35 kompleksi, interlökin-27, interlökin-23 ve interlökin-12'in GO:0005615'in bir parçası olduğunu gösterir. Dahası; hücre dışı bölgeyi içeren ilişkiler, birkaçından bahsetmek gerekirse, esas olarak hücre dışı izoamilaz kompleksi, hücre dışı ferritin kompleksi, hücre dışı boşluk, hücre dışı kesecik ve hücre dışı matrisin bir parçasıydı. Dört tür interlökin (yani, interlökin-1, interlökin-6, interlökin-34 ve interlökin-34 alfa) GO:0005615'in çapraz referanslarıyla doğrudan ilişkilere sahipti (için daha fazla bilgi için bkz. https://www.ebi.ac.uk/QuickGO/GTerm?id=GO:0005615). interlökin-12 alfa, interlökin-23 alfa, interlökin-17, interlökin-1 alfa, interlökin-1 beta ve interlökin{{54} dahil olmak üzere çeşitli interlökin türleri }, GO:0005576(https://www.ebi.ac.uk/QuickGO/GTerm?id=GO:0005576'dan türetilmiştir) çapraz referanslarıyla ilgilidir.

Biyoyararlanım radarı (Şekil 3a) kullanılarak Zingerone yapısının absorpsiyonunun, dağılımının, metabolizmasının ve atılımının (ADME) değerlendirilmesi, yüksek biyoaktif ilaç benzerliği özelliğini gösterir ve konumlandırılan lipofiliklik, moleküler ağırlık, çözünürlük ve esneklik özelliklerini temsil eder. pembe alanda. Ayrıca, fizikokimyasal ve lipofilisite özellikleri (Lipinski'nin beş kuralı)(yani moleküler ağırlık:194.23 g/mol, dönebilen bağ sayısı:4, H-bağ alıcı sayısı:3, H-bağ verici sayısı:1 ve fikir birliği Log Po/w:1.79) ihlal göstermez.cistanche tubulosa özüLog S (ESOL), Log S (Ali) ve Log S (SIL-COS-IT) dahil olmak üzere suda çözünürlük parametreleri sırasıyla çok çözünür, çok çözünür ve çözünür özellikler gösterir. Ayrıca, farmakokinetik özellikler, diğer sitokrom enzim inhibitörleri arasında yüksek düzeyde gastrointestinal absorpsiyon ve sadece CYP1A2 inhibitör işlevi ortaya koymaktadır.

SwissTargetPrediction analizi, Zingerone için enzimler, salgılanan proteinler, nükleer reseptörler ve oksidoredüktazların en yüksek yüzdeleri oluşturduğu toplam 100 hedef proteinle sonuçlanır (Şekil 3b). SwissSimilarity ve PubChem aracılığıyla benzer yapıların daha fazla incelenmesi, iki FDA onaylı ilacı (yani, Nabumetone ve Maso-procol), iki deneysel ilacı (yani, Matairesinol ve 3-(4-hidroksifenil) ortaya çıkardı){{ 6}}(2,4,6-trihidroksifenil)propan-1-bir) ve üç Zingiber bileşeni (yani,6-Shogaol, 6-Paradol ve {{13} }Gingerol)(Tablo 1'de listelenmiştir). İnceleme ayrıca, literatürde sağlanan kanıtlarla, doğrulanmış anti-inflamatuar ve anti-oksidan özelliklerinin yanı sıra cilt yaşlanması gibi doğrulanmış cilt bozukluklarını da ortaya çıkardı.Dis-GeNET'ten (literatürdeki ilgili kanıtlar eşliğinde) elde edilen gen-hastalık ilişkisi sonuçları Tablo 2'de özetlenmiştir. Sonuçlar, DEG'lerin cilt ile ilgili bozukluklar dahil olmak üzere çeşitli hastalıkları etkilediğini göstermektedir. Ayrıca, gen-kimyasallar ağının inşası, farklı kimyasallarla doğrudan bağlantılı yedi DEG'nin katılımını gösterir. Bunlardan sadece dördü (yani, TNFRSF11B, DNLZ, OR9Il ve MIR614) yirmi üç cilt ile ilgili bileşikle ilişkilidir (Şekil 4'te gösterilmiştir).

Tartışma

Güneş ışığı, cilde zarar verebilecek bir ultraviyole (UV) radyasyon kaynağıdır. UV radyasyonuna maruziyetten kaynaklanan cilt yaşlanması genellikle üç ana kategoride sınıflandırılır (yani UV-A, UV-B ve UV-C). UV-A, Dünya yüzeyine ulaşan UV ışınlarının yüzde 95'ini oluşturur ve

burada R, hidroksil, per-oksil, alkoksil veya alkil radikalleri gibi bir serbest radikal türüdür ve O veya OCH, kalan serbest radikallerdir [46,47]. Benzer şekilde, bu kimyasalların etki mekanizması, anti-inflamatuar özellikleri göz önüne alındığında, radikal süpürücü aktiviteler yoluyla geçerlidir [48].

Ek olarak, bağışıklık sisteminin insan vücudunda doğuştan gelen ve adaptif bağışıklığı dengeleyerek bağışıklık ve immünopatolojinin aynı anda fayda sağladığı ve zarar verdiği iki ucu keskin bir kılıç gibi işlev görebileceği tespit edilmiştir [49]. Yakın tarihli bir incelemede, Zouboulis ve ark. “Klinik uygulamada 'daha iyi görünmek daha genç görünmek değildir'[50].

İnsan vücudunun en büyük organı olan cilt, iltihaplanma, otoimmünite ve kanseri daha iyi incelemek için tüm bağışıklık sistemi fonksiyonlarını devralır [51]. Cilt yaşlanması, güneşe maruz kalma yoluyla teşvik edilebilen, epidermal değişikliklere ve foto yaşlanmaya neden olabilen çok aşamalı bir süreçtir [52]. Çeşitli çalışmalar, cilt yaşlanması gibi cilt bozukluklarının tedavisinde kurkumin ve analogları gibi doğal bileşiklerin faydalarını önermiştir [53, 54].

Mevcut araştırmada, Zingerone'un epidermal dokular üzerindeki etkileri, farklı şekilde eksprese edilen genler ve ilgili hücresel bileşenler dikkate alınarak incelenmiştir. Sonuç olarak, istisnasız olarak, değerlendirilen genler, esas olarak lökositler tarafından eksprese edilen iyi bilinen bir sitokin grubu olan interlökinleri içermede rol oynar. Cildin bağışıklık sisteminin Langerhans hücreleri tarafından üretilen sitokinlerin, cilt yaşlanmasında önemli bir rol oynadığı bildirilmiştir [55]. GO:0005615 ve GO:0005576 dahil olmak üzere GO açısından tanımlanan diferansiyel olarak eksprese edilen genlere ve bunların etkili hücresel bileşenlerine dayanarak, hücre dışı boşlukta ve bölgede sırasıyla on sekiz ve dört tip interlökin rol oynadığı belirlendi.

Sonuçlarımız doğrultusunda Shirato ve ark. ETAS 50'nin hem UV-B kaynaklı L-6 hem de IL-1 beta ifadelerini azaltarak cilt yaşlanmasını önleyebileceğini buldu(56, 57). Ayrıca Guo ve ark. yağ kaynaklı kök hücrelerin birkaç interlökin salgılayabildiğini bildirmiştir (örneğin, interlökin-I , inter-lökin-8, interlökin-9,interlökin-12, interlökin-15 ve interlökin) -17)cildin yaşlanmasını engellemek için [58]. Egzersiz yapmak interlökin-15 seviyelerini de etkileyerek cildin yaşlanmasını önleyebilir [59]. İnterlökin 17 (veya IL-17A), IL'nin uyarılmasıyla doğrudan bir ilişkiye sahiptir-23, bu da onları yaşa bağlı inflamasyonda altın bir IL-23/IL-17 ekseni yapar ve IL-17A stimülasyonu yoluyla asetil Zingerone tedavisi yoluyla cilt yaşlanmasının azaltılması [60, 61].

Özetle, mevcut çalışma, Zingerone tedavisinin işlevsel mekanizmalarını ve başarılı etkilerini belirlemek için bir hibrit sistem biyolojisi ve sistem farmakolojisi prosedürü önerdi. Önerilen prosedür, ilgili interlökin ailesini uyarmak için benzer bileşiklerin cilt yaşlanması ve bunların antioksidan ve antienflamatuar özellikleri üzerindeki etkisini dikkate almaktadır. Zingerone'nin cilt yaşlanması üzerindeki hücresel ve moleküler mekanizmalar üzerindeki etkileri hala belirsiz olduğundan, mevcut sonuçları doğrulamak için insan ve hayvan modelleri üzerinde daha fazla deneysel çalışmaya ihtiyaç vardır.

Sonuçlar

Bitkisel ilaçların belirgin rolü, araştırma ve bilimsel topluluklar için açıktır. Cilt yaşlanması ve diğer cilt bozuklukları, dünya çapında insanların dikkatini çekmiştir. Bu bağlamda, yaşlanma karşıtı amaçlar için çeşitli ilaçlar ve kimyasallar önerilmiştir. Bu çalışmada, Zin-gerone'un cilt yaşlanması üzerindeki etkisini hücresel ve genomik seviyelerde araştırmak için hesaplamalı ve istatistiksel bir prosedür düşünülmüştür. Ek olarak, yapısal olarak Zingerone'a benzeyen bileşikler ve bunların ciltle ilgili hastalıklar üzerindeki etkileri incelenmiştir.

Ayrıca, gen-hastalık ilişkisi ve gen-kimyasal ağ analizleri, genetik ve cilt yaşlanması da dahil olmak üzere cilt bozuklukları arasında yadsınamaz doğrudan bağlantıları ortaya çıkardı. Son olarak, çeşitli interlökin türlerinin cilt yaşlanmasını hafifletmede hayati rollere sahip olduğu bulundu. Bununla birlikte, bu çalışmada belirlenen Zingerone'nin etkilerini doğrulamak için insan veya hayvan modelleri kullanılarak daha fazla araştırma yapılması gerekmektedir.

Bu makale Amjad ve ark. Mısır J Med Hum Genet (2021) 22:90