基于网络药理学探究黄杨碱抑制肾癌细胞的作用机制及实验验证.docx
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1、基于网络药理学探究黄杨碱抑制肾癌细胞的作用机制及实验验证马旭东2杨进2陈林A吴波3李嘉2王威威梁国标(L遵义医科大学贵州遵义563000;2.成都大学附属医院;3.郭都区人民医院)摘要:目的:利用网络药理学、生物信息学,研究黄杨碱抑制肾癌的作用机制,并通过人肾癌细胞系786-o,CakiT进行体外实验验证相关预测结果。方法:首先从PharmMaPPer数据库检索黄杨碱(CVB-D)的作用靶点,DiSGeNET数据库获得肾癌疾病靶点,随后通过venny平台整合CVB-D治疗肾癌的潜在靶点,把潜在靶点导入String数据库构建蛋白质-蛋白质互作网络(PPI)然后将String数据导入CytOSCa
2、PC中修饰,并用CytOHUbba插件进一步分析网络中的HUb基因,得到的HUb基因用TCGA数据库作表达差异及生存分析。此外再用CVB-D与肾癌的交叉靶点数据进行GO和KEGG富集分析,得到黄杨碱治疗肾癌的潜在靶点中的分子功能及相关作用信号通路等分析结果。最后采用CCK-8、克隆形成、观察细胞形态实验、WeSternblOt实验验证CVB-D对肾癌的作用结果。结果:分析得到CVB-D潜在作用靶点136个,疾病作用靶点2085个,CVB-D治疗肾癌的预测作用靶点68个,核心靶点5个。靶点共涉及生物过程238种,细胞组成30种,分子功能59种,参与肿瘤、PI3K-AKT.前列腺癌等细胞信号通路2
3、22条;CCK-8、克隆形成、细胞形态实验结果表明,与对照组相比,CVB-D能显著抑制肾癌细胞的活力与增殖能力,呈浓度依赖性;流式细胞凋亡分析表明CVB-D能促进肾癌细胞凋亡,从而抑制肾癌细胞;Westernblot实验表明CVB-D作用后细胞中EGFR、p-PI3K.P-AKT相对表达水平降低,呈浓度依赖性,与空白组相比存在统计学差异(P0.05)结论:黄杨碱可能通过EGFR靶点和PI3K-AKT信号通路诱导人肾癌细胞凋亡,从而在肾细胞癌的治疗中发挥重要作用。关健词:网络药理学;生物信息学;黄杨碱;肾细胞癌;表皮生长因子受体;PI3K-AKT通路Explorationofthemechani
4、smandexperimentalverificationoftheinhibitoryeffectofCyclovirobuxineDonrenalcellcarcinomacellsbasedonnetworkpharmacologyMaXudong12,YangJin2,ChenLin2iWuBo3iLiJia12tWangWeiwei,2,LiangGuobiao1l(1.ZunyiMedicalUniversity,Zunyi563(X)6,China;2.AffiliatedHospitalofChengduUniversity;3.PiduDistrictPeoplesHospi
5、tal,Chengdu)ABSTRACTObjective:TostudythemechanismofCyclovirobuxineDinhibitingrenalcarcinomawithnetworkpharmacologyandbioinformatics,andverifyingthepredictedresultsthroughhumanrenalcarcinomacelllines786-0,Caki-Iinvitro.Methods:Firstly,retrievingthetherapeutictargetsofCVB-DfromPharmMapperdatabase,andt
6、herenalcancertargetsfromDisGeNETdatabase.ThenintegratingthepotentialtargetsofCVB-DforthetreatmentofrenalcancerthroughVennyplatform,andconstructingtheprotein-proteininteractionnetwork(PPI)throughStringCytoHubbaplug-ininCytoScapewasusedtofurtheranalyzeHubgenesinthenetwork.Afterwards,analyzingtheexpres
7、siondifferencesandsurvivalof*成都大学附属医院攀登人才计划(编号:RCJH-01-04);成都优秀卫技人才发展专项资金;成都市医学科研课题();成都大学临床医学院附属医院创新团队项目(CDFYCX202207)通信作者Tel:E-mail:HubgenesbyTCGAdatabase.Furthermore,thedataofthepotentialtargetsofCVB-DforthetreatmentofrenalcancerwereanalyzedbyGOandKEGGenrichmentanalysis,andthemolecularfunctionsan
8、drelatedsignalingpathwaysofpotentialtargetsforthetreatmentofrenalcancerbyCVB-Dwereobtained.Finally,cck-8,Clonogenesis,cellmorphologyandwesternblotwereusedtoverifytheeffectofCVB-Donrenalcarcinoma.Results:136potentialtargetsofCVB-D,2085diseasetargets,68predictivetargetsofCVB-Dinthetreatmentofrenalcanc
9、er,and5coretargetswererecognizedafteranalysis.Targetsarerelatedto238kindsofbiologicalprocesses,30kindsofcellcompositions,59kindsofmolecularfunctions,andparticipatedin222cellsignalingpathwayssuchastumor,PI3K-Akt,prostatecancerandsoon.Comparedwiththecontrolgroup,CVB-Dcansignificantlyinhibittheviabilit
10、yandproliferationofrenalcarcinomacellsinaconcentration-dependentmanner.FlowcytometryanalysisshowedthatCVB-DcouldpromotetheapoptosisofrenalcarcinomacellsandinhibittherenalcarcinomarnblotexperimentshowedthattherelativeexpressionlevelofEGFR、p-PI3K、p-AKTincellstreatedwithCVB-Ddecreasedinaconcentrationde
11、pendentmanner,whichwasstatisticallydifferentfromthatintheblankgroup(P0.05).Conclusion:CVB-DmayplayanimportantroleinrenalcellcarcinomabyregulatingcellproliferationandapoptosisthroughPBK-AktsignalingpathwayandEGFR.Keywords:Networkpharmacology;Bioinfbrmatics;CyclovirobuxineD;Renalcellcarcinoma;Epiderma
12、lgrowthfactorreceptor;P13K-AKTpathway肾细胞癌是泌尿系统最常见和最具风险的肿瘤之一,约占全世界所有确诊癌症数的5%IJ,主要发生在男性中口并且在未来几年中,肾细胞癌(renalcellcarcinoma,RCO的发病率和死亡率仍将继续攀升,至2040年全球肾癌死亡人数估计高达30多万.肾细胞癌可以被分为不同的分子和组织学亚型F.透明细胞癌,乳头状肾细胞癌和嫌色细胞癌是肾细胞癌中最常见的亚型090%),而剩余的亚型0.4)。通过CytoSCaPe(3.7.2)调整并作图,再使用CytoHubba插件进一步分析网络中的Huh基因。1.1. 4富集分析使用基因本体
13、论(GO)分析和京都百科全书(KEGG)通路富集分析用来探索生物学途径和潜在的功能。将交集靶点基因分别输入到DAVlD数据库()和KEGG数据库O,限定物种为人,设置P0.05,分析主要的生物过程和代谢途径,并进行富集分析,保存结果,并使用微生信O在线工具将数据可视化。1.1.5核心靶点基因生物信息学分析从癌症基因组图谱(TCGA)数据集O获得肾透明细胞癌的RNAseq数据(IeVel3)和相应的临床信息。GTEx数据来自V8版本(3使用R软件v4.0.3进行统计分析。P值0.05被认为具有统计学意义。并利用基因表达分析交互分析数据集(GEPIA,)进一步分析肾透明细胞癌患者总生存期(08)与
14、核心基因表达水平的相关性(P0.05,其他选项设置为默认值八1.2实验验证1.2. 1实验材料和试剂人肾透明细胞癌细胞系786-0购自中科院细胞库,Caki-I皮肤转移癌购自中科院细胞库:RPMI1640培养基(Gibco),胰蛋白酶(Biosharp),胎牛血清(Gibco),黄杨碱试剂(MedCheniExpress)CCK8试剂盒和BCA试剂盒(ThermOFiSher),EGFR抗体(ABClona1)、AKT、P-AKT、PI3K、p-PI3K(华安生物)、kactin抗体(ABcIonaIM鼠兔IgG二抗(华安生物1.2.2细胞培养786-0和CakiT细胞在添加10%胎牛血清,1
15、0OU/ml青霉素-链霉素混合抗生素的RPMI1640培养基中培养,细胞均放置在37,5%C02湿化培养箱中。1. 2.3CCK-8增殖实验将肾癌细胞系Caki-I和786-0以2X10细胞/mL的密度接种在96孔板(每孔100L培养基)中。接种24h后,用无水乙醇(对照组)和黄杨碱20、40、60、80、100、120、140molL分别处理肾癌细胞,每个浓度包括5个重复。24h后吸去96孔板中培养基,并在每孔中加入混有10LCCK-8试剂的100L完全培养基,培养箱孵育4h后用酶标仪在450nm波长卜读取吸光度,测量细胞增殖和活力,以上实验重复3次。1.2.4细胞克隆形成实验用6孔板培养细
16、胞,每孔接种100o个细胞。细胞贴壁后,药物干预24h;然后,将细胞置于正常培养基中10天。移去培养基,用PBS洗涤细胞两次。加入通用组织固定剂15分钟后取出。加入结晶紫染色液染色10-20min,冲去染色剂,晾干后用手机拍照。计算细胞克隆的数量。1.5.5 倒置荧光显微镜下观察细胞形态学的变化取对数生长期786-o和CakiT细胞,接种于6孔板内,贴壁培养24h后,用黄杨碱30、60M2个浓度给药,并设空白对照组,于24h后使用倒置荧光显微镜观察786p和Caki-I细胞形态并拍照。1.5.6 流式细胞术测凋亡按说明书测定细胞凋亡率。在60mm培养皿中添加约2*10、个细胞,并用黄杨碱(0、
17、30、60M)不同浓度进行处理。处理24h后,收集细胞,在300lIL结合缓冲液中重悬,在4黑暗中用PI和AnnexinV-FITC染色约30min.结果用流式细胞仪分析。1. 2.7Westernblot检测通路靶点蛋白质表达采用蛋白免疫印迹法(Westernblot)检测EGFR蛋白表达。取对数生长期786-0、Caki-I细胞,以5X1OS个,2mL完全培养基接种6孔板,贴壁培养24h后,弃去每孔中旧培养基,分别用黄杨碱(30、60mM)2个浓度给药,并设空白对照组,收集各组干预24h后的细胞提取总蛋白,并用BCA法测定各组蛋白浓度,经凝胶电泳、转膜、封闭后,孵育对应的一抗(1:1000
18、)和二抗(1:20000),显影后用ImageJ软件分析,并用目的蛋白灰度值/内参灰度值表示蛋白相对表达量.1.2.8统计学处理所有体外验证实验均至少进行3次,3次实验的结果用均数加减标准差土s表示。所有的统计学分析都使用GraPhPadPriSmV9软件进行。以P小于0.05,认为有统计学意义.治疗组和对照组之间的差异采用单因素方差分析。2结果2. 1黄杨碱和肾细胞癌的靶向基因本研究从pharmmapper数据库中获得了136个靶点。从DisGeNET数据库收集的肾细胞癌靶点数最为2084个。2.1. 构建PPI蛋白互作网络与分析通过维恩图(Venndiagram),共得到68个共同目标(图
19、IA)。PPI网络由STRINGvll.0构建,并用Cytoscape软件进行可视化(图IB)。该PPI网络包括68个节点和465条边,平均节点度13.7。圆形节点代表每个蛋白质,节点大小越大,度值越高。节点之间的直线表示两种蛋白质之间的相互作用。线越粗,相互作用越强。HUb基因由CytoHUbba插件计算。利用MCC、Degree方法计算出前10个HUb基因(图IC,1D),并将结果进行交集得到5个核心靶点基因。为ALB、IGF1、AKTLEGFR、SRCoA注:(八)表示黄杨碱靶基因(蓝色图)与肾透明细胞癌相关基因(黄色圈)交集的维恩图。(B)黄杨碱-肾细胞癌的蛋白间相互作用(PPI)网络
20、图。(C1D)分别为HUb基因MCC分析及Degree分析图1黄杨碱与肾细胞癌的交叉靶点分析2.2. 富集分析为了探究黄杨碱和肾细胞癌交集基因的生物学功能,我们进行了两种富集分析:(a)GO富集分析和(b)KEGG富集分析。黄杨碱主要参与的生物学过程包括信号转导、凋亡过程的正向调控、细胞周期的正向调控等(图2A)。分子功能主要集中在蛋白结合、ATP结合、锌离子结合等方面(图2A)。所涉及的主要通路有:癌症通路、PI3K-AKT通路、前列腺癌、癌症中蛋白聚糖、MAPK信号通路等(图2B)。PaK AM MgnMng PemMVy, ProtlM canc*MAMgnaNnopetbwey Rap
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