การตอบสนองแบบแบ่งขั้วต่อภาวะขาดออกซิเจนของทารกในครรภ์เรื้อรังนำไปสู่ฟีโนไทป์ของการแก่ชราที่กำหนดไว้ล่วงหน้า Ⅱ
Nov 29, 2023
ภาวะขาดออกซิเจน
ไตของทารกในครรภ์
จัดแสดงโปรไฟล์การแสดงออกของโปรตีนที่ไม่ได้รับการควบคุม เพื่อชี้แจงวิถีทางของโมเลกุลที่รองรับ IUGR ที่ขับเคลื่อนด้วยภาวะขาดออกซิเจน ไตที่เพิ่งแยกได้จากทารกในครรภ์ E18.5 ที่ขาดออกซิเจนหรือเป็นพิษปกติจะถูกทำโปรไฟล์โปรตีโอมจากล่างขึ้นบนโดยใช้ระบบนาโน-LC (Dionex UltiMate 3{{9 }}00 RSLC) ประกอบกับแมสสเปกโตรมิเตอร์ในวงโคจรความละเอียดสูง (Thermo QExactive) การวิเคราะห์องค์ประกอบหลักแสดงให้เห็นความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างไตที่เป็นพิษกับไตปกติ (รูปที่ 2A) โดยรวมแล้วมีการระบุโปรตีน 6307 รายการ (FDR <0.01, ตารางเสริม S2) ซึ่ง 436 รายการถูกยกเลิกการควบคุมอย่างมีนัยสำคัญ (FDR <0.05); 284 โดยมีความอุดมสมบูรณ์เพิ่มขึ้น และ 152 มีความอุดมสมบูรณ์ลดลง การจัดกลุ่มคำอธิบายประกอบการทำงานโดยใช้อภิปรัชญาของยีน (18–20) เผยให้เห็นการเสริมคุณค่าของไมโตคอนเดรีย, ไลโซโซมอล, RNA- และโปรตีนที่มีผลผูกพันกับ DNA เฉพาะ เช่นเดียวกับโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเมตาบอลิซึมเฉพาะหรือการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติ (รูปที่ 2, B– D) . เราจัดหมวดหมู่โปรตีนเหล่านี้โดยคำนึงถึง (1) การก่อตัวของเนฟรอน (2) การปรับตัวทางเมตาบอลิซึม และ (3) การเร่งอายุ ดังที่นำเสนอและอภิปรายในย่อหน้าต่อไปนี้
การจำลองดีเอ็นเอแบบอดกลั้นและการสังเคราะห์โปรตีนมีส่วนทำให้เกิดการก่อตัวของ Nephron ใหม่อย่างจำกัดในภาวะขาดออกซิเจนเรื้อรัง
เหตุการณ์ไม่พึงประสงค์ในระหว่างการพัฒนา เช่น ภาวะขาดออกซิเจนของทารกในครรภ์เรื้อรัง มักแสดงให้เห็นว่าสัมพันธ์กับจำนวนไตที่ลดลง (27, 29–32) อย่างไรก็ตามกลไกเบื้องหลังที่อธิบายการค้นพบนี้น่าเชื่อนั้นแทบจะไม่สามารถแสดงให้เห็นได้ การจัดกลุ่มโปรตีนที่ไม่ได้รับการควบคุมทั้งหมด 64 รายการที่เป็นของ GO-terms "DNA-binding" และ "RNA-binding" (แผนที่ความร้อนแสดงในรูปที่ S2 เสริม) โดยใช้ฐานข้อมูล STRING (22) เปิดเผยเครือข่ายย่อยหลายเครือข่ายรวมถึงการซ่อมแซม DNA การจำลอง DNA การประกบ mRNA และโปรตีนไรโบโซม (รูปที่ 3A) รายการที่ครอบคลุมมากขึ้นของกระบวนการหรือวิถีทางที่ได้รับการเสริมสมรรถนะถูกแสดงไว้ในรูปที่ 3B (FDR < 0.05) คำว่า "ไรโบโซม" และ "การจำลองดีเอ็นเอ" เหล่านี้อยู่ในกลุ่มคำอันดับต้นๆ ของโปรตีนที่ถูกกดทับ ขณะที่การประกบ mRNA และ "การเสื่อมสลายของ RNA" เป็นคำอันดับต้นๆ ของโปรตีนเหนี่ยวนำ กระบวนการซ่อมแซม DNA แสดงรูปแบบการแสดงออกแบบสองฝ่าย ที่นี่ โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการตัดออกของนิวคลีโอไทด์หรือการซ่อมแซมที่ไม่ตรงกันถูกควบคุม แต่โปรตีนเหล่านั้นเป็นสื่อกลางใน "การซ่อมแซมการตัดตอนฐาน" เกิดขึ้น นอกจากนี้ ระดับความอุดมสมบูรณ์ของตัวยับยั้งวัฏจักรของเซลล์ p27Kip1 เพิ่มขึ้นสองเท่า (รูปที่ 3C) และระดับความอุดมสมบูรณ์ของเครื่องหมายการแพร่กระจาย Ki67 คือ 34-ลดลงเท่า (รูปที่ 3 มิติ) ซึ่งเมื่อรวมกันแล้วบ่งชี้ถึงการชะลอตัวของเซลล์ กระบวนการแบ่งส่วน โดยเฉพาะอย่างยิ่งระดับการแสดงออก mRNA ของ Mki67 ซึ่งเป็นการเข้ารหัสยีนสำหรับ Ki67 นั้นถูกปราบปรามอย่างมีนัยสำคัญในเซลล์ท่อใกล้เคียงหลักของเมาส์ที่เพาะเลี้ยงภายใต้สภาวะที่ไม่เป็นพิษ (รูปที่ 3E) การปราบปรามนี้ถูกสื่อผ่านไฮเปอร์เมทิลเลชั่นของบริเวณโปรโมเตอร์ Mki67 ในไตของทารกในครรภ์ที่ขาดออกซิเจน (รูปที่ 3F) ดังนั้นในไตที่เป็นพิษของทารกในครรภ์ การสังเคราะห์ DNA การแปล mRNA และกระบวนการซ่อมแซม DNA ส่วนใหญ่ดูเหมือนจะลดลง ความสามารถของเซลล์ในการเติบโตและการแพร่กระจายลดลง โดยรวมแล้วนี่เป็นครั้งแรกที่ข้อมูลการทำโปรไฟล์โปรตีโอมให้หลักฐานระดับโมเลกุลที่อาจอธิบายการก่อตัวของเนฟรอนที่ลดลง
ระบบภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติและความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นจะทำงานได้ในภาวะขาดออกซิเจนเรื้อรัง
หนึ่งในคำศัพท์ที่สมบูรณ์ที่สุดที่ปรากฏในการวิเคราะห์คำอธิบายประกอบเชิงการทำงานของโปรตีนทั้งหมด 436 ชนิด และคำสูงสุดสำหรับโปรตีนที่ถูกเหนี่ยวนำคือ "การสลายตัวของนิวโทรฟิล" (รูปที่ 2, B และ C) ซึ่งบ่งชี้ถึงการกระตุ้นการทำงานของระบบภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติในไตของทารกในครรภ์ขาดออกซิเจน. จากโปรตีนที่เกี่ยวข้อง 34 ชนิด มีการเหนี่ยวนำ 29 รายการและอดกลั้น 5 รายการ (สีชมพูในรูปที่ 4A) ในบรรดาโปรตีนที่ถูกเหนี่ยวนำนั้นมีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับไกลโคไลติกและไลโซโซมจำนวนมาก, สมาชิกในครอบครัวโปรตีน S100A หลายตัว, ปัจจัยยับยั้งการย้ายถิ่นของไซโตไคน์มาโครฟาจที่มีการอักเสบ (MIF) เช่นเดียวกับโปรตีนเม็ดปฐมภูมิและทุติยภูมิ, โปรตีนเม็ดนิวโทรฟิลิก (NGP), ไมอีโลเพอออกซิเดส (MPO) , คาเทลิซิดิน (CAMP), โปรตีนการจดจำเปปทิโดไกลแคน 1 (PGLYRP1) และแลคโตเฟอร์ริน (LTF) เพื่อตรวจสอบการบุกรุกของนิวโทรฟิลที่คาดการณ์ไว้ในไตของทารกในครรภ์ที่ขาดออกซิเจน และเพื่อเปิดเผยตำแหน่งภายในเนื้อเยื่อ ส่วนของไตจะถูกย้อมสำหรับ MPO เซลล์บวก MPO ก่อตัวเป็นกลุ่มในบริเวณโซนไตของเยื่อหุ้มสมองไต ใกล้กับหลอดเลือด ติดกับท่อใกล้เคียง และบางครั้งอาจพบในบริเวณไขกระดูกของตัวอย่างที่เป็นพิษ (รูปที่ 4D และรูปที่เสริม S3, A -ค). ในทางตรงกันข้าม ไตของทารกในครรภ์ที่เป็นพิษเป็นปกติไม่แสดงการแทรกซึมหรือการสะสมของนิวโทรฟิล (รูปที่ 4C) Caveolin-1 (CAV1) แสดงให้เห็นว่าเพิ่มประสิทธิภาพการเคลื่อนย้ายข้ามเซลล์ของเซลล์ภูมิคุ้มกัน (33) ดังนั้น CAV1 จึงถูกชักนำในไตของทารกในครรภ์ที่ขาดออกซิเจน (รูปที่ S3D เสริม) ซึ่งแสดงการย้อมสีที่เพิ่มขึ้นของหลอดเลือดไตรวมถึงส่วนที่เคลื่อนที่ผ่านบริเวณเยื่อหุ้มสมองของไตของทารกในครรภ์ (รูปที่ 4, E และ F) การสลายตัวของนิวโทรฟิลทำให้เกิดการระเบิดของสายพันธุ์ออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยาในท้องถิ่น ซึ่งนำไปสู่ความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่เพิ่มขึ้นและความเสียหายของเนื้อเยื่อ รวมถึงการเกิดออกซิเดชันของ DNA เครื่องหมายที่สำคัญของการเกิดออกซิเดชันของ DNA คือ 8-ไฮดรอกซี-2′ -ดีออกซีกัวโนซีน (8-OHdG) ซึ่งได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพในท่อส่วนใกล้เคียงและในเขตไตของไตของทารกในครรภ์ที่ขาดออกซิเจน (รูปที่ 4, G และ H) ในบริเวณใกล้เคียงกับการรวมกลุ่มของนิวโทรฟิล การเพิ่มขึ้นของ 8-DNA ที่เสียหายของ OHdG นี้เกิดขึ้นแม้ว่าจะมีการเหนี่ยวนำ MGMT และ OGG1 พร้อมกัน (รูปที่ 4, I และ J) ซึ่งเป็นเอนไซม์สองตัวที่รับผิดชอบในการกำจัด 8-OHdG ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติในไตที่กำลังพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้เนื้อเยื่อเสียหายมากยิ่งขึ้น นอกเหนือจากความเครียดที่เป็นพิษ นอกจากการซ่อมแซมรอยโรคของเนื้อเยื่อเหล่านี้ที่ไม่ได้ผลแล้ว ยังอาจเกิดวงจรอุบาทว์ที่ทำให้การสร้างไตแย่ลงไปอีก
รูปที่. 2. การทำโปรไฟล์โปรตีโอมิกเผยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับภาวะขาดออกซิเจน A การวิเคราะห์องค์ประกอบหลักของข้อมูลโปรตีโอมิกแสดงให้เห็นการแยกที่ชัดเจนระหว่างไตของทารกในครรภ์ที่เป็นพิษปกติและขาดออกซิเจน B – D การจัดกลุ่มคำอธิบายประกอบการทำงานของโปรตีนที่ถูกควบคุมอย่างมีนัยสำคัญทั้งหมด ( B ) โปรตีนที่เหนี่ยวนำ ( C ) และโปรตีนที่ลดลง ( D ) ส่วนที่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญของทางเดิน (แกน x) ถูกพล็อตเทียบกับความสำคัญของการตกแต่ง ( y- แกน). ขนาดของแต่ละจุดจะเข้ารหัสจำนวนสมาชิกทั้งหมดในเส้นทางนั้น โปรตีนที่ถูกเหนี่ยวนำแสดงให้เห็นการเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการเมแทบอลิซึม (ไกลโคไลซิส), โปรตีนไมโตคอนเดรียหรือไลโซโซม และโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน (การสลายแกรนูลของนิวโทรฟิล) ในขณะที่โปรตีนที่รีดิวซ์ได้รับการเสริมสมรรถนะสำหรับวิถีการจับ DNA และ RNA (องค์ประกอบเชิงโครงสร้างของไรโบโซม)
(PGLYRP1) และแลคโตเฟอร์ริน (LTF) เพื่อตรวจสอบการบุกรุกของนิวโทรฟิลที่คาดการณ์ไว้ในไตของทารกในครรภ์ที่ขาดออกซิเจน และเพื่อเปิดเผยตำแหน่งภายในเนื้อเยื่อ ส่วนของไตจะถูกย้อมสำหรับ MPO เซลล์บวก MPO ก่อตัวเป็นกลุ่มในบริเวณโซนไตของเยื่อหุ้มสมองไต ใกล้กับหลอดเลือด ติดกับท่อใกล้เคียง และบางครั้งอาจพบในบริเวณไขกระดูกของตัวอย่างที่เป็นพิษ (รูปที่ 4D และรูปที่เสริม S3, A -ค). ในทางตรงกันข้าม ไตของทารกในครรภ์ที่เป็นพิษเป็นปกติไม่แสดงการแทรกซึมหรือการสะสมของนิวโทรฟิล (รูปที่ 4C) Caveolin-1 (CAV1) ได้รับการแสดงเพื่อเพิ่มการเคลื่อนย้ายข้ามเซลล์ของเซลล์ภูมิคุ้มกัน (33) ดังนั้น CAV1 จึงถูกชักนำในไตของทารกในครรภ์ที่ขาดออกซิเจน (รูปที่ S3D เสริม) ซึ่งแสดงการย้อมสีที่เพิ่มขึ้นของหลอดเลือดไตรวมถึงส่วนที่เคลื่อนที่ผ่านบริเวณเยื่อหุ้มสมองของไตของทารกในครรภ์ (รูปที่ 4, E และ F) การสลายตัวของนิวโทรฟิลทำให้เกิดการระเบิดของสายพันธุ์ออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยาในท้องถิ่น ซึ่งนำไปสู่ความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่เพิ่มขึ้นและความเสียหายของเนื้อเยื่อ รวมถึงการเกิดออกซิเดชันของ DNA เครื่องหมายที่สำคัญของการเกิดออกซิเดชันของ DNA คือ 8-ไฮดรอกซี-2′ -ดีออกซีกัวโนซีน (8-OHdG) ซึ่งได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพในท่อส่วนใกล้เคียงและในเขตไตของไตของทารกในครรภ์ที่ขาดออกซิเจน (รูปที่ 4, G และ H) ในบริเวณใกล้เคียงกับการรวมกลุ่มของนิวโทรฟิล การเพิ่มขึ้นของ 8-DNA ที่เสียหายของ OHdG นี้เกิดขึ้นแม้ว่าจะมีการเหนี่ยวนำ MGMT และ OGG1 พร้อมกัน (รูปที่ 4, I และ J) ซึ่งเป็นเอนไซม์สองตัวที่รับผิดชอบในการกำจัด 8-OHdG ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติในไตที่กำลังพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำให้เนื้อเยื่อเสียหายมากยิ่งขึ้น นอกเหนือจากความเครียดที่เป็นพิษ นอกจากการซ่อมแซมรอยโรคของเนื้อเยื่อเหล่านี้ที่ไม่ได้ผลแล้ว ยังอาจเกิดวงจรอุบาทว์ที่ทำให้การสร้างไตแย่ลงไปอีก
การปรับตัวทางเมตาบอลิซึมต่อภาวะขาดออกซิเจนส่งผลให้เกิดไกลโคไลซิสที่เด่นชัดในไตของทารกในครรภ์
ภาวะขาดออกซิเจนเรื้อรังเป็นภาวะร้ายแรงที่เซลล์ต้องปรับตัวผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึมเพื่อให้สามารถอยู่รอดได้ สิ่งสำคัญที่สุดคือการรักษาการผลิต ATP ของเซลล์ ซึ่งในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนเพียงพอ จำเป็นต้องเปลี่ยนจากออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชันไปเป็นไกลโคไลซิส ในบรรดาคำศัพท์ทั้งหมดที่เกิดจากคำอธิบายประกอบเชิงฟังก์ชัน "กระบวนการไกลโคไลติก" เป็นคำที่สำคัญที่สุด (รูปที่ 2B) เอนไซม์ทั้งสิบ (สีแดง ⑩ – ⑩ ในรูปที่ 5A) ที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนกลูโคสเป็นไพรูเวตถูกเหนี่ยวนำให้เกิดไตที่เป็นพิษของทารกในครรภ์เมื่อเปรียบเทียบกับการควบคุมนอร์มอซิก (แผนที่ความร้อนแสดงในรูปที่ 5C) นอกจากนี้ การแสดงออกของตัวขนส่งกลูโคส 1 (SLC2A1, สีส้มในรูปที่ 4A) และแลคเตทดีไฮโดรจีเนส A (LDHA, สีแดงเข้มในรูปที่ 5A) ก็ได้รับการปรับปรุงเช่นกัน ซึ่งจะช่วยให้การดูดซึมกลูโคสเข้าสู่เซลล์เพิ่มขึ้นและการลดแบบเติมของ ไพรูเวตไปจนถึงแลคเตต ตามลำดับ การใช้ทางเลือกอื่นของไพรูเวตในวงจรกรดซิตริกดูเหมือนจะถูกขัดขวาง (1) โดยการแสดงออกที่เพิ่มขึ้นของไพรูเวตดีไฮโดรจีเนสไคเนส 1 (PDK1, สีแดงเข้มในรูปที่ 5A) ซึ่งจะยับยั้งไพรูเวตดีไฮโดรจีเนสเชิงซ้อนในไมโตคอนเดรีย และด้วยเหตุนี้ การเกิดออกซิเดชันของไพรูเวต ถึงอะเซทิล-CoA; และ (2) โดยการลดระดับของไพรูเวตคาร์บอกซิเลส (PC) ซึ่งกระตุ้นการเปลี่ยนไพรูเวตเป็นออกซาโลอะซิเตต ในทางกลับกัน ฟรุกโตส-1,6-บิสฟอสฟาเตส 1 (FBP1, สีน้ำเงินในรูปที่ 5A) ลดลง ส่งผลให้ฟลักซ์ของกลูโคสมุ่งหน้าสู่ไพรูเวตเพิ่มมากขึ้นอีก การเปลี่ยนแปลงของเอนไซม์ทั้งหมดนี้สนับสนุนการผลิตแลคเตต และแน่นอนว่าความเข้มข้นของแลคเตทเพิ่มขึ้นในไตของทารกในครรภ์ที่ขาดออกซิเจน (รูปที่ 5B) การผลิตแลคเตตที่เพิ่มขึ้นอาจนำไปสู่การเกิดกรดที่ไม่เอื้ออำนวย อย่างไรก็ตาม เราพบในบรรดาโปรตีนที่ได้รับการเสริมสมรรถนะคือตัวขนส่งโมโนคาร์บอกซิเลท SLC16A3 และ SLC5A8 (สีส้มในรูปที่ 5A) ซึ่งเป็นที่รู้กันว่าขับแลคเตตออกไปนอกเซลล์เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบที่เป็นพิษของกรดไซโตพลาสซึม ดังนั้นแบบจำลองของเราแสดงให้เห็นถึงความสามารถที่น่าทึ่งของไตของทารกในครรภ์ในการปรับตัวต่อภาวะขาดออกซิเจนเรื้อรังโดยการเพิ่มกิจกรรมไกลโคไลติก
รูปที่. 3. การก่อตัวของเนฟรอนใหม่ในภาวะขาดออกซิเจนสัมพันธ์กับการจำลองดีเอ็นเอและการสังเคราะห์โปรตีนที่ถูกกดทับ A เครือข่ายปฏิสัมพันธ์โปรตีนของโปรตีนที่จับกับ DNA และ RNA ที่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญที่ได้มาจากฐานข้อมูล STRING แสดงกลุ่มโปรตีนหลายกลุ่ม: โปรตีนไรโบโซม (สีน้ำเงิน) โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการจำลองดีเอ็นเอ (สีเขียว) การซ่อมแซม DNA (สีม่วง) และการประกบ mRNA ( สีแดง). เครื่องหมายการแพร่กระจาย Ki67 (Mki67) มีเครื่องหมายสีดำ เน้นความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับการซ่อมแซม DNA และการจำลองดีเอ็นเอ B ซึ่งเป็นการเลือกเส้นทางของโปรตีนที่จับกับ DNA และ RNA ที่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญจากฐานข้อมูล KEGG และ Reactome ที่แสดงการเปลี่ยนแปลงที่โดดเด่นที่สุดในไตขาดออกซิเจนซึ่งแสดงตามลำดับนัยสำคัญลดลง กระบวนการประกบ RNA และกระบวนการย่อยสลาย RNA ได้รับการเสริมประสิทธิภาพ (สีแดง) ในขณะที่การแปล RNA การจำลองแบบ DNA และเส้นทางการซ่อมแซมถูกระงับ (สีน้ำเงิน) ประมวลผลด้วย FDR เท่านั้น<0.05 are shown. C and D, the cell cycle inhibitor p27Kip1 was enhanced (unpaired two-tailed t test, Welch's correction, p = 0.0095), whereas the expression of the proliferation marker Ki67 was reduced (unpaired two-tailed t test, Welch's correction, p = 0.0078) in hypoxic fetal kidneys. E, hypoxia reduced the mRNA expression level of Mki67 in mouse primary proximal tubular cells (unpaired two-tailed t test, p < 0.0001). F, this reduction was mediated by hypermethylation of the Mki67 promoter in hypoxic fetal kidneys. Open circle unmethylated, black circle methylated (Fisher's exact test, p = 0.0016; Mann–Whitney U-test, p = 0.0431)
รูปที่. 4. โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อการอักเสบและความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันจะอุดมไปด้วยเนฟรอนที่ก่อตัวใหม่ภายใต้ภาวะขาดออกซิเจน A การพรรณนาถึงโปรตีนที่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญทั้ง 34 รายการสำหรับคำอธิบายประกอบที่เรียกว่าการสลายนิวโทรฟิล (วงกลมสีชมพู) ในบรรดาโปรตีนที่มีนัยสำคัญ (วงกลมสีเทาขนาดใหญ่กว่า) และโปรตีนที่ไม่มีนัยสำคัญ (วงกลมสีเทาเล็กกว่า) ของชุดข้อมูลของเรา 29 มีระดับความอุดมสมบูรณ์สูงกว่า ในขณะที่ 5 รายการลดลง B ซึ่งเป็นแผนที่ความร้อนที่แสดงโปรตีนสีชมพูทั้งหมดใน (A) และการเหนี่ยวนำหรือการปราบปรามในภาวะขาดออกซิเจน แสดงให้เห็นลำดับความอุดมสมบูรณ์ของโปรตีนที่ลดลง C–H ภาพอิมมูโนฮิสโตเคมีที่เป็นตัวแทนของ E18.5 normoxic หรือไตขาดออกซิเจนแสดงการแทรกซึมของนิวโทรฟิลและความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น C และ D อิมมูโนฮิสโตเคมีสำหรับนิวโทรฟิล marker myeloperoxidase (MPO) เผยให้เห็นการรวมกลุ่มของเซลล์เหล่านี้ในบริเวณใกล้กับ nephrons ที่เพิ่งก่อตัวใหม่ (เครื่องหมายดอกจัน) และอยู่ติดกับหลอดเลือดไต (หัวลูกศร) ของไตของทารกในครรภ์ที่เป็นพิษ (D) ในการควบคุม normoxic (C) เซลล์ที่เป็นบวกของ MPO แทบจะไม่ปรากฏ (สเกลบาร์ 100 μm) E และ F อิมมูโนฮิสโตเคมีแสดงให้เห็นการแสดงออกที่เพิ่มขึ้นของ Caveolin -1 (CAV1) ในหลอดเลือดไตของไตของทารกในครรภ์ที่ขาดออกซิเจน (F) เมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม (E) (สเกลบาร์ 200 μm) G และ H, 8-ไฮดรอกซี-2′ -ดีออกซีกัวโนซีน (8-OHdG) ซึ่งเป็นเครื่องหมายสำหรับความเสียหายของดีเอ็นเอแบบออกซิเดชัน ได้รับการปรับปรุงอย่างเด่นชัดในไตที่ก่อตัวขึ้นใหม่ (เครื่องหมายดอกจัน) ในเยื่อหุ้มสมองไตและใน เซลล์ของ tubules ใกล้เคียง (ลูกศร) ของไตที่เป็นพิษ (H) ในขณะที่มีเซลล์เพียงไม่กี่เซลล์เท่านั้นที่ถูกย้อมในเนื้อเยื่อปกติ (G) (สเกลบาร์ 200 μm) I และ J ความเสียหายของ DNA ที่เพิ่มขึ้นนี้เกิดขึ้นแม้ว่าจะมี O-6-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT; unpaired two-tailed t test, p=0.0002) (I) และ {{ 15}}oxo guanine glycosylase (OGG1; unpaired two-tailed t-test, p=0.0063) (J) เอนไซม์สองตัวที่เกี่ยวข้องกับการซ่อมแซม DNA ที่ถูกออกซิไดซ์
ซึ่งรับประกันการผลิต ATP ที่เพียงพอและความอยู่รอดภายใต้สภาวะที่ไม่พึงประสงค์นี้
ภาวะขาดออกซิเจนของทารกในครรภ์ส่งเสริมการนำเข้าไมโตคอนเดรียโปรตีนชดเชยและการประกอบโซ่ทางเดินหายใจ
นอกจากไกลโคไลซิสที่ได้รับการปรับปรุงแล้ว เรายังพบการเปลี่ยนแปลงหลายประการในระดับความอุดมสมบูรณ์ของโปรตีนในไมโตคอนเดรีย (แผนที่ความร้อนจะแสดงในรูปที่ S4 เสริม) การสร้างเครือข่ายโปรตีนโดยใช้ STRING เผยให้เห็นหลายกลุ่มที่ประกอบด้วยโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการย้ายโปรตีนไปเป็นไมโตคอน.เดรีย, ออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่นและโปรตีนไรโบโซมไมโตคอนเดรีย (รูปที่ 5, D และ E) สิ่งที่น่าสังเกตคือ มีการกระตุ้นโปรตีนหลายชนิดที่เชื่อมโยงกับเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน ซึ่งเป็นบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่น (OXPHOS) OXPHOS ประกอบด้วยสารเชิงซ้อนมัลติโปรตีน 5 ชนิดที่จัดเรียงตามเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน ในบรรดาโปรตีนที่ถูกเหนี่ยวนำนั้นมีส่วนประกอบของ OXPHOScomplexes (NDUSF6), III (UQCR10), IV (COX6B1, COXC และ COX7A2) และ V (ATP5J, MTATP8) แต่ยังรวมถึง UQCC3 และ SCO2 ซึ่งจำเป็นสำหรับการประกอบและการทำงานที่ถูกต้อง ของคอมเพล็กซ์และ IV ตามลำดับ (รูปที่ 5D และรูปที่ S4 เสริม) SDHC และ SDHD ซึ่งเป็นหน่วยย่อยของคอมเพล็กซ์ ll ก็ได้รับ upregu.lated เช่นกัน (1.6- และ 2.5- เท่าตามลำดับ) แต่ไม่ได้มีนัยสำคัญทางสถิติ ยิ่งไปกว่านั้น ไม่เพียงแต่ส่วนประกอบของห่วงโซ่การหายใจเท่านั้นที่อุดมไปด้วยทารกในครรภ์ไตขาดออกซิเจนแต่ยังมีโปรตีนจำนวนมากที่เป็นสื่อกลางในการนำเข้าไมโตคอนเดรีย ซึ่งรวมถึงสมาชิกของทรานสโลเคสเมมเบรนชั้นนอก (TOM - TOMM22) และคอมเพล็กซ์ทรานโลเคสเมมเบรนชั้นใน TIM22 (TIMM22, TIMM9 และ TIMM10 และคอมเพล็กซ์ TIMM8-TIMM13- ที่เกี่ยวข้อง (รูปที่ 5D และรูปที่เสริม) S4) ในบรรดาโปรตีนไมโตคอนเดรีย 21 ชนิดที่มีความอุดมสมบูรณ์ลดลง ได้แก่ โปรตีนไรโบโซมของไมโตคอนเดรีย 4 ชนิด เช่นเดียวกับโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการเร่งปฏิกิริยาของกรดอะมิโน การสังเคราะห์วิตามิน หรือเบต้าออกซิเดชันของกรดไขมัน (รูปที่ 5, D และ E และรูปที่ 2 เพิ่มเติม) S4) การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นถึงการรักษาความผิดปกติของไมโตคอนเดรียที่อาจเกิดขึ้นและความพยายามที่ชัดเจนในการสร้างโปรตีนที่เสียหาย (34) แม้ว่าไกลโคไลซิสจะเพิ่มขึ้นและการสังเคราะห์โปรตีนโดยรวมลดลงก็ตาม
Lysosomal Biogenesis และ Autophagy ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นไตของทารกในครรภ์เป็นพิษไลโซโซมเป็นออร์แกเนลล์ตัวที่สองที่ดูเหมือนว่าจะได้รับการเสริมสมรรถนะภายใต้ภาวะขาดออกซิเจน อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับไมโตคอนเดรียที่โปรตีนลดลง 36% โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับไลโซโซมเกือบทั้งหมดได้รับการควบคุม (รูปที่ 6, A และ B) ในบรรดาพวกเขามีกรดไลโซโซมไฮโดรเลสเก้าตัวซึ่งคิดเป็นเกือบ 20% ของกรดไลโซโซมอลไฮโดรเลสที่มีคำอธิบายประกอบในวิถี KEGG สำหรับไลโซโซม: โปรทีโอสี่ตัว (CTSA, CTSF, CTSZ, TPP1), ไกลโคซิเดสสามตัว (GAA, NAGA, NEU1), ไลโซโซม กรดฟอสฟาเตส 2 (ACP2) และไลโซโซมอลแอซิดไลเปสเอ (LIPA) นอกจากนี้เรายังพบหลักฐานในการเพิ่มการสร้างไบโอเจเนซิสของไลโซโซมและออร์แกเนลล์ที่เกี่ยวข้อง ส่วนประกอบสามในแปดของ BLOC1 (การสร้างทางชีวภาพของออร์แกเนลที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับไลโซโซม 1) ได้รับการเหนี่ยวนำอย่างมีนัยสำคัญ (รูปที่ 6, C-E) เช่นเดียวกับตัวขนส่งแลกเปลี่ยน H / Cl 5 (CLCN5) ซึ่งเป็นผู้เล่นสำคัญใน การทำให้เป็นกรดของเอนโดโซม (รูปที่ 6F) สิ่งที่น่าสังเกต Snapin (หน่วยย่อย BLOC1 7) ยังมีบทบาทในการทำให้เป็นกรดของไลโซโซม และในการเจริญเติบโตและการทำงานของออโตโกโกโซม โปรตีนเหนี่ยวนำอื่น ๆ ที่ทราบกันว่ามีบทบาทในการกินอัตโนมัติคือ Atg7 และ Bnip3 (รูปที่ 6, G และ H) ข้อกำหนดอีกประการหนึ่งสำหรับฟลักซ์ autophagic คือการรวมกลุ่มของไลโซโซมในนิวเคลียสซึ่งมีสื่อกลางโดย lysosomal Ragulator complex (35, 36) และตระกูลโปรตีนมอเตอร์สองตระกูลที่ตรงกันข้าม น่าประหลาดใจที่สมาชิกสี่ในห้าคนของหน่วยย่อยนั่งร้านควบคุม (LAMTOR1, 2, 3 และ 5) ได้รับการเหนี่ยวนำอย่างมีนัยสำคัญ (รูปที่ 6, A และ B); LAMTOR4 เช่นกันถูกชักนำ 1.81- เท่า แต่ไม่มีนัยสำคัญทางสถิติ นอกจากนี้ ไคเนซินซึ่งเป็นสื่อกลางในการเคลื่อนที่ออกไปด้านนอกของออร์แกเนลล์ มีแนวโน้มที่จะถูกกดขี่ ในขณะที่สมาชิกในครอบครัวไดนีนที่เอื้อต่อการเคลื่อนไหวด้านในถูกชักนำ แม้ว่าจะไม่มีนัยสำคัญทางสถิติ (รูปที่เสริม S5) การค้นพบเหล่านี้โดยรวมแสดงหลักฐานที่ชัดเจนว่าฟังก์ชันการดูแลทำความสะอาดของไลโซโซมได้รับการปรับปรุงไตที่เป็นพิษของทารกในครรภ์เข้ากันได้อย่างสมบูรณ์กับความต้องการที่คาดการณ์ไว้ในการต่ออายุไมโตคอนเดรียที่เสียหาย
คลอดก่อนกำหนด
การแก่ชราเป็นแบบอย่างด้าน Janus-Faced ของการปรับตัวแบบ Hypoxic ตรงข้ามกับกลไกการชดเชยการซ่อมแซมและการฟื้นฟู เราพบโปรตีนที่ไม่ได้รับการควบคุม 15 ชนิดที่อยู่ในคำว่า GO "Aging" (รูปที่ 7A) ซึ่งเป็นตัวแทนของประเภทที่สามของการปรับตัวแบบ hypoxic: การเร่งอายุ . ในขณะที่โปรตีนเหล่านี้ส่วนใหญ่มีบทบาทในกระบวนการใดกระบวนการหนึ่งที่อธิบายไว้ข้างต้นการสลายตัวของนิวโทรฟิลและไลโซโซม (MIF, MPO, PSEN1), ไมโตคอนเดรีย (NDUFS6, FADS1, MTCO1, CYP27B1), ไกลโคไลซิส (ALDOC) และการซ่อมแซม DNA (OGG1) ; มีการอธิบายบางส่วนว่าส่งผลโดยตรงต่อช่วงชีวิตของหนู โดยเฉพาะอย่างยิ่งความอุดมสมบูรณ์ของโปรตีนของทั้ง klotho และ sirtuin 6 ลดลงในภาวะขาดออกซิเจนของ E18.5ไตของทารกในครรภ์(รูปที่ 7, B และ C) Sirtuin 6 เป็นเอนไซม์ที่แสดงออกมาอย่างแพร่หลายโดยมีโปรตีนดีอะซีติเลสและกิจกรรมโมโน-ADP ไรโบซิลทรานสเฟอเรส ซึ่งเกี่ยวข้องกับการควบคุมการทำงานของเซลล์หลายอย่าง รวมถึงการอักเสบ ไกลโคไลซิส และการซ่อมแซมดีเอ็นเอ การน็อกของมันทำให้เกิด progeria ที่รุนแรงในหนูที่มีช่วงชีวิตลดลง 1 ถึง 3 เดือน (37, 38) ไตเป็นจุดสำคัญของการสังเคราะห์โคลโท (เช่น ท่อที่ซับซ้อนส่วนปลาย DCT มีส่วนทำให้โปรตีนส่วนใหญ่มีการสังเคราะห์เพิ่มเติมในท่อที่ซับซ้อนใกล้เคียง) ซึ่งทำหน้าที่เฉพาะที่เป็นเบต้า-กลูกูโรนิเดสที่จับกับเยื่อหุ้มเซลล์ ปริมาณโคลโทที่ลดลงดูเหมือนจะเป็นกระบวนการเฉพาะเนื่องจากโปรตีนอื่นๆ ของ DCT รวมถึง CALB1 ไม่ได้เปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ โคลโทยังถูกหลั่งออกสู่การไหลเวียนไม่ว่าจะโดยการแตกแยกของส่วนนอกเซลล์ของรูปแบบที่ยึดกับเยื่อหุ้มเซลล์ หรือโดยการแปลรูปแบบการประกบทางเลือกอื่น ระดับของการไหลเวียนของ klotho (sKL) จะลดลงตามอายุ (39, 40) ซึ่งกระตุ้นให้เราประเมินความเข้มข้นของมันและระดับของ sirtuin 6 ในเลือดในลำต้นของทารกในครรภ์ E18.5 ที่ขาดออกซิเจนหรือปกติ อันที่จริงความเข้มข้นของ sKL และ sirtuin 6 ลดลงอย่างมีนัยสำคัญในทารกในครรภ์ E18.5 ที่ขาดออกซิเจน (รูปที่ 7, D และ E) นอกจากนี้และที่สำคัญระดับซีรั่มของ klotho และ sirtuin 6 ยังคงลดลงอย่างมีนัยสำคัญในหนูอายุ (รูปที่ 7, F และ G) ซึ่งบ่งชี้ถึงการลดลงอย่างถาวรของโปรตีนทั้งสองนี้ตลอดชีวิต สำหรับโคลโท ดูเหมือนว่าจะเป็นเพราะระดับการแสดงออกของ mRNA ในไตลดลงอย่างมีนัยสำคัญในไตของลูกหลานที่ขาดออกซิเจนอายุ 15- เดือน (รูปที่ 7H) อย่างไรก็ตาม ระดับการแสดงออกของ mRNA ของไตของ sirtuin 6 ไม่มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างหนูที่มีอายุปกติและหนูที่เป็นพิษ (รูปที่ 7I) นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงใน DNA methylation ได้รับการแสดงให้เห็นว่าเป็นหนึ่งในกลไกที่สำคัญที่สุดไม่เพียง แต่สำหรับการต่ออายุและการสร้างความแตกต่างของเซลล์ต้นกำเนิด nephron เท่านั้น แต่ยังสำหรับการแสดงออกของ klotho (42, 43) อย่างไรก็ตาม ตรงกันข้ามกับไฮเปอร์เมทิลเลชั่นของ Mki67 (รูปที่ 3F) โปรโมเตอร์โคลโทถูกไฮโปเมทิลเลตในช่วงภาวะขาดออกซิเจนเรื้อรัง (รูปที่ S6 เสริม) ไม่สามารถกำหนดรูปแบบเมทิลเลชั่นของ Sirt6 ได้ เท่าที่เราทราบ แบบจำลอง IUGR ของเราเป็นแบบจำลองแรกที่อธิบายกลไกที่นำไปสู่ฟีโนไทป์ของการแก่ก่อนวัย ผ่านการทำงานร่วมกันของความเสียหายจากการอักเสบ การซ่อมแซมที่ไม่ได้ผล การเผาผลาญที่เปลี่ยนแปลง และลดปริมาณโปรตีนต่อต้านริ้วรอยที่เกิดขึ้นตั้งแต่แรกเกิดที่ลดลง
การลดปริมาณโปรตีนต่อต้านวัยเพื่อตอบสนองต่อภาวะขาดออกซิเจนเรื้อรังนั้นได้รับการอนุรักษ์ไว้ระหว่างหนูกับผู้ชาย ในการทดลองชุดสุดท้าย เราถามว่าการทำงานร่วมกันระหว่างภาวะขาดออกซิเจนเรื้อรังและระดับโปรตีนต่อต้านวัยในซีรั่มที่ลดลงนั้นเป็นปรากฏการณ์ที่ได้รับการอนุรักษ์แบบวิวัฒนาการหรือไม่ ด้วยเหตุนี้ จึงได้เก็บตัวอย่างซีรั่มจากการศึกษาแบบควบคุม (10) ของอาสาสมัครที่มีสุขภาพดีจำนวน 9 คน (ชาย 8 คน และผู้หญิง 1 คน) ที่ถูกเก็บรวบรวม 2 สัปดาห์ก่อน (ระดับน้ำทะเล SL) ที่จุด 3 ครั้งในระหว่าง 28- วันโดยไม่หยุดชะงัก พักอยู่ที่ 3,454 ม. (ระดับความสูง HA3, HA9, HA28) และ 1, 7 และ 14 วันหลังจากที่พวกเขากลับสู่ SL (RSL1, RSL7, RSL14) ได้รับการวิเคราะห์สำหรับ sKL และ SIRT6 (รูปที่ 8) ตัวอย่างที่ได้รับที่ SL ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมสำหรับผู้เข้าร่วมแต่ละคน ระดับซีรั่ม sKL และ SIRT6 ลดลงที่ระดับความสูงสูงและทั้งคู่มีความเกี่ยวข้องทางสถิติที่ H28 เมื่อกลับสู่ระดับน้ำทะเล sKL จะเพิ่มขึ้นเป็นระดับที่สูงกว่าก่อนอยู่ที่ระดับความสูงที่ RSL7 และกลับมาเป็นปกติที่ RSL14 (รูปที่ 8A) ในทางกลับกัน SIRT6 ยังคงลดลงอย่างต่อเนื่องเมื่อกลับสู่ระดับน้ำทะเลและเริ่มเอียงอีกครั้งที่ RSL14 (รูปที่ 8B) ซึ่งบ่งบอกถึงการควบคุมที่แตกต่างกันของโปรตีนต่อต้านวัยทั้งสองนี้ โดยสรุป การค้นพบเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าระดับเซรั่ม klotho และ sirtuin 6 ที่ลดลงโดยทั่วไปอาจต้องสัมผัสกับสภาวะที่เป็นพิษเรื้อรัง และอาจเป็นตัวแทนของกระบวนการอนุรักษ์เชิงวิวัฒนาการอย่างสูง
บริการสนับสนุนของ Wecistanche - ผู้ส่งออก cistanche ที่ใหญ่ที่สุดในประเทศจีน:
อีเมล:wallence.suen@wecistanche.com
Whatsapp/โทรศัพท์:+86 15292862950
เลือกซื้อรายละเอียดข้อมูลจำเพาะเพิ่มเติม:
https://www.xjcistanche.com/cistanche-ร้านค้า
