Rhan 2: Mae Verbascoside yn Amddiffyn Celloedd Pancreatig yn Erbyn Straen ER
Mar 05, 2022
Cyswllt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-bost:audrey.hu@wecistanche.com
Alessandra Galli 1, ynghyd â , Paola Marciani 1, a hefyd , Algerta Marku 1, Silvia Ghislanzoni 1, Federico Bertuzzi 2, Rafaella Rossi 3, Alessia Di Giancamillo 3 , Michela Castagna 1 a Carla Perego 1,*
Pls Cliciwch yma yn ôl i Ran 1
3.4 Modylau Verbascoside - Gweithgarwch a Dynameg Mitocondriaidd Celloedd
Mae profion hyfywedd MTT yn awgrymu effaith bosibl overbscosideyn uniongyrchol ar mitocondria sy'n sicrhau cyplu secretiad inswlin i'r cyflwr maethol a goroesiad celloedd yn y math hwn o gell. Mae potensial siâp a philen yn farcwyr iechyd mitocondriaidd [42]. Fe wnaethom werthuso potensial pilen mitocondriaidd yn gyntaf trwy labelu'r celloedd â MitoSpyw Orange CMTMRos, llifyn athraidd y mae ei grynodiad yn dibynnu ar botensial y bilen mitocondriaidd fewnol, tra defnyddiwyd MitoSpyw Green FM i normaleiddio data i'r màs mitocondriaidd (Ffigur 4A, B). Potensial pilen mitocondria ynverbscoside-cynyddwyd celloedd wedi'u trin o gymharu â rheolaeth mewn amodau gwaelodol a straen. Yn ddiddorol,verbscosidecafodd metabolion effeithiau gwahanol. Ni wnaeth asid caffi wella'r potensial mitocondriaidd, tra bod hydroxytyrosol wedi achosi amhariad dos-ddibynnol ar swyddogaeth mitocondriaidd, mewn cytundeb â data ar hyfywedd celloedd, roedd effaith o'r fath yn fwy amlwg ar ôl datguddiad H2O2 (Ffigur S3).
Gan fod y swyddogaeth yn gwbl gysylltiedig â morffoleg, fe wnaethom fesur diamedr, arwynebedd a chylchrededd y mitocondria y Feret. Mae straen ocsideiddiol acíwt yn hyrwyddo ymholltiad mitocondriaidd helaeth, gan arwain at mitocondria cylchol llai [42]. O dan amodau straen H2O2, roedd mitocondria celloedd a driniwyd â verbascoside yn fwy hirfaith ac yn dangos mwy o arwyneb na rhai rheoli (Ffigur 4C, D a Ffigur S4). Roedd cylchrededd mitocondriaidd yn is mewn celloedd wedi'u trin â verbascoside nag mewn rheolyddion ac roedd gwahaniaethau'n fwy amlwg mewn celloedd wedi'u trin â H2O2 (Ffigur S3), eto'n cadarnhau rôl amddiffynnol y polyphenol.
Mae gallu'r organynnau hyn i addasu eu siâp mewn ymateb i gyflyrau maethol neu amodau dirdynnol o dan reolaeth digwyddiadau ymasiad ac ymholltiad ac mae angen symudedd mitocondriaidd [39]. Arweiniodd olrhain symudiadau mitocondria i ni gyfrifo'r pellter cronnol a deithiwyd a datgelodd y dadansoddiad gynnydd sylweddol yn nynameg mitocondria yn y celloedd a driniwyd â verbascoside o'u cymharu â rheolaeth, sydd eisoes mewn amodau gwaelodol (Ffigur 4E, F a Fideos S1-S4). Roedd yr effaith yn fwy amlwg ar ôl triniaeth H2O2, yn wir roedd cyn-driniaeth verbascoside bron yn llwyr yn gwrthdroi effaith straen ocsideiddiol ar ddeinameg mitocondriaidd.
Gyda'i gilydd mae'r data hyn yn cefnogi'n gryf rôl allweddol verbascoside wrth sicrhau dynameg mitocondria sy'n hanfodol i hyrwyddo addasiad cyflym yr organelle hwn i gyflyrau straen.
3.5 Effaith Verbascoside ar Oroesiad Dynol a Swyddogaeth Langerhans
Ystyried potensial trosiadolverbscosidecymhwysiad mewn iechyd dynol, fe wnaethom wirio ei effaith ar ynysoedd ynysig dynol Langerhans, model mwy perthnasol ar gyfer astudiaethau ffisiopatholegol a ffarmacolegol ar gelloedd. Cafodd ynysoedd ynysig eu trin ag 16 uM verbascoside am 5 diwrnod a gwerthuswyd potensial y bilen mitocondriaidd. Fel yr adroddwyd yn Ffigur 5A, er bod potensial organelle wedi'i beryglu wrth reoli ynysoedd dynol ar ôl dod i gysylltiad â H2O2, ni ostyngodd potensial pilen fewnol mitocondria mewn ynysoedd a gafodd eu trin ymlaen llaw yn verbascoside yn sylweddol, gan gefnogi'r ddamcaniaeth o rôl amddiffynnol verbascoside yn erbyn a achosir gan ROS - camweithrediad celloedd. Dangosodd dadansoddiad o fynegiant marcwyr straen ER ostyngiad pwysig yn y ffracsiwn P-eIF2 yn y ddau baratoad ynysig gwahanol a gynhaliwyd yn 16 uM verbascoside, gan gadarnhau is-reoleiddio'r llwybr hwn hefyd mewn samplau dynol (Ffigur 5D). Ategwyd effeithiau buddiol y driniaeth polyphenol gan y cynnydd yn y cynnwys inswlin a welwyd mewn ynysoedd sy'n cael eu trin â verbascoside o'u cymharu â rheolyddion (Ffigur 5B). Nid oedd gwasgariad data yn ein harbrofion yn caniatáu i ni ddangos unrhyw wahaniaeth sylweddol o secretiad inswlin wedi'i ysgogi gan glwcos (GSIS) mewn ynysoedd sy'n cael eu trin â verbascoside, er bod tuedd gadarnhaol yn ymddangos yn amlwg o dan amodau gwaelodol a straen (Ffigur 5C).
4. Trafodaeth
Mae straen ocsideiddiol a llid yn sail i gamweithrediad celloedd sy'n digwydd yn ystod T2D [43,44] fel y cyfryw, ymchwiliwyd i fwyd swyddogaethol, nutraceuticals, a ffytochemicals fel offer i atal diabetes math 2 [45]. Yn y gwaith hwn, fe wnaethom ganolbwyntio ar verbascoside, y gwyddys ei fod yn cyflawni gweithgareddau gwrthlidiol a gwrth-ocsidydd mewn niwronau [18]. Er gwaethaf y cymhlethdod strwythurol uchel, mae verbascoside ac isoverbascoside wedi'u canfod ym mhlasma gwaed llygod mawr sy'n cael eu bwydo â dyfyniad Lippia citriodora ynghyd â rhai metabolion [20]. Yn ogystal, mae crynhoad celloedd o verbascoside ac mae'n verbascoside wedi'i ganfod mewn llinell gell canser y fron SKBR3 [23] ac mae astudiaethau a gynhaliwyd ar gelloedd Caco-2 yn dangos bod symiau cymedrol o verbascoside ac isoverbascoside yn parhau i fod yn gyfan ac yn fiogyrchol ar ôl treulio in vitro proses. Ar ben hynny, gall Caco-2 gymryd y ddau foleciwl trwy gludiant cyflym a llinol mewn ystod 10 i 100 uM [22]. Ni adroddwyd unrhyw ddata am fio-argaeledd verbascoside mewn bodau dynol, ac eto mae'r astudiaethau a grybwyllir uchod yn awgrymu y gallai fod yn ymarferol i verbascoside heb ei fetaboli groesi'r rhwystr berfeddol, cylchredeg mewn plasma gwaed, a chael effeithiau gwrthocsidiol ar gelloedd endocrin y pancreas.
Canfuom rôl amddiffynnol-ddibynnol ar ddos (0.8–16 uM) o verbascoside ar gelloedd clonal a dynol, o dan amodau gwaelodol a straen. Mae'r effaith hon oherwydd verbascoside ei hun ac nid i'w metabolion asid caffein a hydroxytyrosol, sydd mewn gwirionedd yn ymddangos yn sytotocsig yn y crynodiad 16 uM. Mae'r crynodiadau a brofwyd yn weithredol yn ein harbrofion yn unol â'r rhai a ddisgrifir mewn anifeiliaid sy'n cael eu bwydo â verbascoside [20].
Er nad ydym yn gwybod a yw verbascoside yn gweithredu'n allgellog trwy rwymo derbynnydd pilen neu wedi'i fewnoli gan endocytosis ac yn gweithio'n fewngellol, mae ein data yn cadarnhau bod gan verbascoside briodweddau gwrthocsidiol a gwrthlidiol, ac yn amddiffyn celloedd rhag camweithrediadau sy'n gysylltiedig â straen ER trwy leihau'r UPR a hyrwyddo deinameg mitocondriaidd.
Yn wir, canfuom ostyngiad sylweddol yng nghynnwys ROS mewn celloedd sy'n cael eu trin â verbascoside a gadarnheir ymhellach gan y gostyngiad mewn perocsidiad lipid a fesurir trwy ymadroddion HNE ac acrolein. Yn wahanol i'r rhan fwyaf o'r polyphenolau planhigion, verbascoside gweithgaredd sborion ROS bennaf yn dilyn anuniongyrchol (trwy upregulation o ROS tynnu ensymau) yn hytrach na llwybrau uniongyrchol. Mewn gwirionedd, mae'n cynyddu trawsgrifiad genynnau rhai ensymau gwrthocsidiol trwy actifadu llwybr ffactor 2 cysylltiedig â Nrf2 (NF-E2-) a thrwy fecanwaith dibynnol AhR (derbynnydd hydrocarbon aryl) [24,29]. O'r herwydd, canfuom fynegiant cynyddol o SOD1 mewn celloedd sy'n cael eu trin â verbascoside.
Mae homeostasis ROS yn hynod berthnasol mewn patholeg celloedd. Oherwydd prinder ensymau gwrthocsidiol, ni ellir niwtraleiddio cynhyrchiant uchel o ROS ac mae cam-blygu protein sy'n hyrwyddo straen ER yn cael ei achosi. Mae straen ER yn arwain at ostyngiad mewn trawsgrifio inswlin a chyfieithu trwy actifadu'r UPR [44,46]. Prif bwrpas y llwybr hwn yw adfer y swyddogaeth ER trwy ail-raglennu mynegiant genynnau, fodd bynnag, pan gaiff ei or-symbylu, mae'n sbarduno apoptosis. Mae ein data yn awgrymu mai cam gweithredu pwysig verbascoside yw lliniaru'r UPR, gan ganiatáu'r addasiadau angenrheidiol i atgyweirio camweithrediad ER, heb achosi apoptosis. Yn ôl y posibilrwydd hwn, gostyngwyd mynegiant proteinau BIP, HSP70 a PERK mewn celloedd wedi'u trin verbascoside, a gwanhawyd gweithrediad llwybr PERK mewn ymateb i straen ER a achosir gan tunicamycin. Adroddwyd am weithred debyg ar gyfer tyrosol yn llinell gell inswlinoma NIT-1 [47].
Yn arbennig o ddiddorol yw gallu verbascoside i fodiwleiddio actifadu cangen PERK o'r UPR. Mewn celloedd mae angen y llwybr hwn i gynnal homeostasis secretory gwaelodol a goroesiad celloedd, ac mae'n cael ei ddadreoleiddio'n ddifrifol mewn diabetes [41,48]. Hyd yn oed yn fwy diddorol, mae amrywiadau cyffredin yn PERK yn cyfrannu at y risg o ragddiabetes ac mae treigladau enciliol yn y genyn EIF2AK3 (amgodio PERK) yn sail i dueddiad i syndrom Wolcott-Rallison a nodweddir gan ddiabetes newyddenedigol parhaol sy'n ddibynnol ar inswlin [49,50].
Canfuwyd is-reoleiddio llwybr llidiol IKB -NFKB hefyd yn ein system ym mhresenoldeb verbascoside. Mae NFKB yn cynrychioli'r prif lwybr llidiol mewn celloedd ac mae ei actifadu parhaus yn cychwyn rhaeadr o ddigwyddiadau sy'n arwain at farwolaeth celloedd. Mewn celloedd dan straen, mae lleihau mynegiant NFKB yn amddiffyn celloedd pancreatig rhag asiantau diabetogenig [27,51], gan gefnogi ymhellach y cymhwysiad verbascoside wrth atal diabetes. Yn ddiddorol, mae signalau PERK yn actifadu'r ffactorau trawsgrifio NFR2 (sy'n gysylltiedig â'r homeostasis rhydocs) a NFKB, gan esbonio effeithiau gwrth-ocsidydd a gwrth-lidiol verbascoside [40,52].
Mae ein data hefyd yn datgelu rôl bwysig verbascoside ar weithgaredd a deinameg mitocondriaidd.
Marciwr ansawdd gweithredol mitocondriaidd yw eu deinamig, proses a nodweddir gan gylchoedd cydlynol o ddigwyddiadau ymasiad ac ymholltiad sy'n rheoleiddio'r rhif mitocondriaidd, dosbarthiad, morffoleg a photensial pilen [39]. Yn unol â'r posibilrwydd hwn, mae verbascoside yn gwella potensial pilen mitocondriaidd tc3 o dan amodau gwaelodol a straen. Unwaith eto, mae'r effaith yn ganlyniad i verbascoside ac nid i'w metabolion, gan nad yw asid caffein yn gwella swyddogaeth mitocondriaidd ac mae hydroxytyrosol yn lleihau potensial organelle yn sylweddol. Gwelwyd mwy o ddeinameg mitocondriaidd a newidiadau yn eu morffoleg trwy olrhain symudiadau mitocondriaidd, gan awgrymu felly bod verbascoside yn hyrwyddo rhaglen mito-morphosis. Mae ail-lunio'r rhwydwaith mitocondriaidd cellog yn effeithio ar gynulliad uwch-gyfadeiladau'r gadwyn resbiradol, gan newid nid yn unig y metaboledd celloedd ond hefyd ei gyflwr rhydocs a galluogi celloedd i wrthweithio straen ocsideiddiol a llid yn well [5,37,39].
Er nad yw'r mecanwaith moleciwlaidd yn hysbys o hyd, gallwn ddamcaniaethu bod verbascoside, fel polyffenolau eraill, yn amddiffyn DNA mitocondriaidd trwy leihau crynodiad ROS [53] ac yn atal agor mandwll trawsnewid athreiddedd mitocondriaidd [54], gan sicrhau'r gweithgaredd mitocondriaidd ffisiolegol. Posibilrwydd diddorol arall yw bod addasu deinameg a gweithgaredd mitocondria yn cael ei gyfryngu eto gan weithred verbascoside ar yr UPR. Yn wir, mae ymchwil ddiweddar yn y maes mitochondrial yn dangos bod safleoedd rhyngweithio ER-mitochondria yn chwarae rhan allweddol wrth reoli deinameg a gweithgaredd mitocondriaidd mewn ymateb i straen ocsideiddiol ac mae PERK yn ymwneud â'r ffenomen [55]. Perfformiwyd y rhan fwyaf o astudiaethau in vitro gyda polyphenolau mewn llinellau celloedd, yn aml o darddiad tiwmoraidd, sy'n wahanol i gelloedd gwreiddiol o ran metaboledd a chynhyrchu ROS. Yma rydym yn darparu tystiolaeth bod verbascoside hefyd yn cael effaith amddiffynnol ar ynysoedd ynysig dynol Langerhans, y targed terfynol ar gyfer ymyrraeth mewn diabetes. Yn ddiddorol, mae'r polyphenol yn lliniaru'r actifadu signalau PERK sydd eisoes o dan amodau gwaelodol, gan gynyddu'r cynnwys inswlin ac atal camweithrediad mitocondriaidd ocsideiddiol wedi'i gyfryngu gan straen. Mae'n dal i gael ei egluro a yw'r effaith polyphenol ar gynnwys inswlin yn adlewyrchu gallu'r cyfansoddyn i atal marwolaeth celloedd, i liniaru straen ER neu i reoli mynegiant genynnau inswlin yn uniongyrchol, fel y dangosir ar gyfer cyfansoddion polyphenolic eraill [56]. Mae'r data hyn yn arbennig o berthnasol o ystyried y defnydd posibl o verbascoside fel therapi cyflenwol wrth drin diabetes.
5. Casgliadau
Mae'r astudiaethau in vitro a adroddir yma ar gelloedd clonal a dynol yn dangos bod verbascoside yn cael effeithiau amddiffynnol yn erbyn camweithrediadau sy'n gysylltiedig â straen ER, gan liniaru gweithrediad cangen PERK o'r UPR a gwella dynameg mitocondria. Wrth i darfu ar homeostasis ER sbarduno - difrod celloedd a diabetes, mae'r data hyn yn darparu rhesymeg ar gyfer y defnydd posibl o verbascoside fel nutraceutical wrth atal a thrin clefydau. Eto i gyd, mae angen datrys llawer o faterion ar gyfer defnydd clinigol effeithiol o verbascoside. Er gwaethaf y cyfoeth o astudiaethau labordy, mae astudiaethau clinigol dibynadwy sy'n cadarnhau effeithiau iechyd verbascoside in vivo yn gyfyngedig. At hynny, mae cynyddu ei sefydlogrwydd a'i fio-argaeledd yn orfodol ar gyfer cymhwyso'r cyfansoddyn hwn yn y dyfodol mewn iechyd dynol. O'r pwynt hwn, mae verbascoside yn foleciwl diddorol oherwydd bod gan ei sgaffald safleoedd adweithiol gwahanol y gellir eu haddasu gan gemeg gyfun. Disgwyliwn y bydd y wybodaeth sy'n deillio o'r astudiaethau hyn yn agor llwybrau ar gyfer modiwleiddio therapiwtig straen ocsideiddiol a llid mewn amodau patholegol trwy ddefnyddio cyfansoddion naturiol.
Deunyddiau Atodol: Mae'r canlynol ar gael ar-lein yn http://www.mdpi.com/2227-9059/8/12/582/s1. Ffigur S1: Effeithiau hyfywedd asid caffein a hydroxytyrosol ar-gell. Ffigur S2: Effeithiau verbascoside ar straen ER a achosir gan tunicamycin. Ffigur S3: Effeithiau asid caffein a hydroxytyrosol ar botensial pilen mitocondriaidd. Ffigur S4: Dadansoddiadau delwedd meintiol o mitocondria mewn celloedd sydd wedi'u trin ag asid caffein a hydroxytyrosol. Fideo S1, S2 Fideos: Deinameg mitocondria wedi'i recordio o dan amodau gwaelodol, yn absenoldeb (S1) neu bresenoldeb (S2) verbascoside. Fideo S3, S4: Deinameg mitocondria wedi'i recordio o dan amodau straen ocsideiddiol, yn absenoldeb (S3) neu bresenoldeb (S4) verbascoside.
Cyfraniadau Awdur: Conceptualization, AG, PM a CP; curadu data, AG a PM; dadansoddiad ffurfiol, AG a PM; caffael cyllid, CP; ymchwiliad, MC; methodoleg, AC a SG; adnoddau, FB, RR ac ADG; goruchwyliaeth, CP; dilysu, AC, SG ac MC; delweddu, AG ac AM; ysgrifennu — drafft gwreiddiol, AG; ysgrifennu — adolygu a golygu, PM, AM, FB, RR, ADG, MC a CP Mae pob awdur wedi darllen a chytuno i fersiwn gyhoeddedig y llawysgrif.
Ariannu: Ni dderbyniodd yr ymchwil hwn unrhyw gyllid allanol.
Diolchiadau: Hoffem ddiolch i Carlo Corino a Mario Dell'Agli am yr adweithyddion a'r drafodaeth ddefnyddiol.
Gwrthdaro Buddiannau: Nid yw'r awduron yn datgan unrhyw wrthdaro buddiannau.
Cyfeiriadau
1. Cho, NH; Shaw, JE; Karuranga, S.; Huang, Y.; da Rocha Fernandes, JD; Ohlrogge, AW; Malanda, B. Atlas Diabetes IDF: Amcangyfrifon byd-eang o fynychder diabetes ar gyfer 2017 a rhagamcanion ar gyfer 2045. Diabetes Res. Clin. Ymarfer. 2018, 138, 271–281. [CrossRef]
2. Leslie, RD; Palmer, J.; Schlott, CC; Lernmark, A. Diabetes ar y groesffordd: Perthnasedd dosbarthiad clefydau i bathoffisioleg a thriniaeth. Diabetoleg 2016, 59, 13–20. [CrossRef] [PubMed]
3. Tokarz, VL; MacDonald, Addysg Gorfforol; Klip, A. Bioleg celloedd swyddogaeth inswlin systemig. J. Cell Biol. 2018, 217, 2273–2289. [CrossRef] [PubMed]
4. Perego, C. ; Da Dalt, L.; Pirillo, A.; Galli, A. ; Catapano, AL; Norata, GD Metaboledd colesterol, swyddogaeth celloedd pancreatig a diabetes. Biochim. et Bioffys. Acta (BBA) Mol. Sail Dis. 2019, 1865, 2149–2156. [CrossRef] [PubMed]
5. Galli, A. ; Algeria, M.; Marciani, P.; Schulte, C.; Leonardi, C.; Milani, P.; Mafoli, E. ; Tedeschi, G.; Perego, C. Siapio Pancreatig - Gwahaniaethu Celloedd a Gweithrediad: Dylanwad Mecanotransduction. Celloedd 2020, 9, 413. [CrossRef]
6. Ashcroft, FM; Rorsman, P. Diabetes Mellitus a'r Gell: Y Deng Mlynedd Diweddaf. Cell 2012, 148, 1160–1171. [CrossRef] [PubMed]
7. Rosengren, AH; Braun, M.; Mahdi, T.; Anderson, SA; Travers, ME; Shigeto, M.; Zhang, E.; Almgren, P. ; Ladenvall, C.; Axelsson, AS; et al. Llai o Ecsocytosis Inswlin mewn Pobl Pancreatig - Celloedd Gydag Amrywiadau Genynnau sy'n Gysylltiedig â Diabetes Math 2. Diabetes 2012, 61, 1726–1733. [CrossRef] [PubMed]
8. Polonsky, KS Deinameg secretiad inswlin mewn gordewdra a diabetes. Int. J. Obes. 2000, 24, S29–S31. [CrossRef]
9. Roden, M.; Shulman, GI Bioleg integreiddiol diabetes math 2. Natur 2019, 576, 51–60. [CrossRef]
