JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicine

חיזוי פרמקולוגיה ברשת ותיקוף ניסיוני של מנגנון הפעולה Trichosanthes-Fritillaria thunbergii נגד אדנוקרצינומה של הריאות

Published: March 03, 2023
doi:
10.3791/64847
, , ,
1Dongzhimen Hospital affiliated to Beijing University of Chinese Medicine, 2Traditional Chinese Medicine Department,Peking University People’s Hospital

Summary

מחקר זה חושף את המנגנון של Trichosanthes-Fritillaria thunbergii בטיפול באדנוקרצינומה של הריאות בהתבסס על פרמקולוגיה של הרשת ואימות ניסיוני. המחקר גם מדגים כי מסלול האיתות PI3K/AKT ממלא תפקיד חיוני בפעולתו של Trichosanthes-Fritillaria thunbergii בטיפול באדנוקרצינומה של הריאות.

Abstract

מטרתנו הייתה לחקור את המנגנון של Trichosanthes-Fritillaria thunbergii בטיפול באדנוקרצינומה של הריאות (LUAD) בהתבסס על פרמקולוגיה של הרשת ואימות ניסיוני. המרכיבים האפקטיביים והמטרות הפוטנציאליות של Trichosanthis ו- Fritillaria thunbergii נאספו על ידי מסד נתונים של ניסוי בתפוקה גבוהה ומונחה ייחוס (HERB) של הרפואה הסינית המסורתית ומסד נתונים של גישת אנסמבל דמיון (SEA), והיעדים הקשורים ל- LUAD נשאלו על ידי מאגרי המידע GeneCards ו- Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM). רשת תרופות-רכיבים-מחלות-מטרה נבנתה על ידי תוכנת Cytoscape. רשת אינטראקציית חלבון-חלבון (PPI), פונקציית אונטולוגיה גנטית (GO) ואנציקלופדיית קיוטו של גנים וגנומים (KEGG) ניתוחי העשרת מסלולים נערכו כדי להשיג יעדי ליבה ומסלולי מפתח. תמצית מימית של Trichosanthes-Fritillaria thunbergii ותאי A549 שימשו לאימות הניסוי הבא. באמצעות מסד הנתונים של HERB וחיפוש ספרותי, נבדקו 31 תרכובות יעילות ו-157 גני מטרה פוטנציאליים של Trichosanthes-Fritillaria thunbergii, מתוכם 144 היו מטרות רגולטוריות של Trichosanthes-Fritillaria thunbergii בטיפול באדנוקרצינומה של הריאות. ניתוח ההעשרה התפקודית של GO הראה כי מנגנון הפעולה של Trichosanthes-Fritillaria thunbergii נגד אדנוקרצינומה של הריאות הוא בעיקר זרחן חלבון. ניתוח העשרת מסלול KEGG הציע כי הטיפול באדנוקרצינומה של הריאות על ידי Trichosanthes-Fritillaria thunbergii מערב בעיקר את מסלול האיתות PI3K/AKT. האימות הניסיוני הראה כי תמצית מימית של Trichosanthes-Fritillaria thunbergii יכולה לעכב את התפשטות תאי A549 ואת הזרחן של AKT. באמצעות פרמקולוגיה של הרשת ותיקוף ניסיוני, אומת כי מסלול האיתות PI3K/AKT ממלא תפקיד חיוני בפעולה של Trichosanthes-Fritillaria thunbergii בטיפול באדנוקרצינומה של הריאות.

Introduction

סרטן ריאות מתייחס לגידולים ממאירים שמקורם ברירית הסימפונות של הריאה, כולל קרצינומה של תאי קשקש, אדנוקרצינומה, קרצינומה של תאים גדולים וקרצינומה של תאים קטנים1. אדנוקרצינומה של הריאות (LUAD) היא הסוג הנפוץ ביותר של סרטן ריאות, המהווה כ -40% מכלל מקרי סרטן הריאה2. רוב החולים מאובחנים בשלב מתקדם או שיש להם גרורות מרוחקות, ובכך מאבדים את ההזדמנות של ניתוח3. בטיפול הקליני הנוכחי, כימותרפיה במקביל היא האסטרטגיה הנפוצה ביותר לטיפול LUAD, אך היישום שלה מוגבל עקב תופעות לוואי חמורות4.

הרפואה הסינית המסורתית (TCM) יכולה להקל ביעילות על הסימפטומים הקליניים של חולי LUAD ולהפחית את התגובות השליליות הנגרמות על ידי הקרנות וכימותרפיה ובכך הפכה לנקודה חמה במחקר 5,6,7. ברפואה הסינית המסורתית, סרטן הריאה שייך לקטגוריה של “הצטברות ריאות” ו”פטרוס ריאתי”. מחסור בצ’י והאינטראקציה של ליחה, קיפאון ורעל חשובים בפתוגנזה של סרטן ריאות. לכן, חיטוב הצ’י וסילוק ליחה וקיפאון הדם הם הטיפול הקליני העיקרי8 שיטות לסרטן ריאות על פי תיאוריית TCM9. Trichosanthes kirilowii מקסים (גואלו) ופריטילריה תונברגי מיק (Zhebeimu) מייצגים צמד תרופות נפוץ בטיפול בסרטן ריאות, ולשילוב זה יש השפעות של פינוי חום והפחתת ליחה10,11,12. עם זאת, מנגנון הפעולה שלה עדיין לא ברור, ויש צורך במחקר נוסף.

פרמקולוגיה רשתית היא שיטה מקיפה המבוססת על תורת הביולוגיה של מערכות ופרמקולוגיה רב-כיוונית שמטרתה לחשוף קשרי רשת מורכבים בין תרופות ומחלות מרובות13. מרשמים סיניים מסורתיים יש את המאפיינים של להיות multi-component ו multi-target, כלומר הם מתאימים מאוד לחקר פרמקולוגיה רשת14,15. לאחרונה, פרמקולוגיה ברשת התפתחה כגישה רבת עוצמה במחקר של נוסחאות TCM והפכה לנקודה חמה במחקר16,17.

עם זאת, למיטב ידיעתנו, כל המחקרים על פרמקולוגיה ברשת מוצגים כטקסט. הצגת טכנולוגיה זו באמצעות וידאו תפחית מאוד את סף הלמידה ותקל על קידום טכנולוגיה זו, שהיא אחד היתרונות של מאמר זה. במחקר זה, לקחנו Trichosanthes-Fritillaria thunbergii נגד אדנוקרצינומה ריאות כדוגמה לביצוע חיזוי פרמקולוגיה ברשת ותיקוף ניסיוני.

Protocol

כל ההליכים הפרמקולוגיים ברשת בוצעו בהתאם להנחיות לשיטות הערכה פרמקולוגיות רשת18. כל הליכי הניסוי בוצעו בהתאם לתקנות ניהול המעבדה של אוניברסיטת בייג’ינג לרפואה סינית. 1. חיזוי פרמקולוגי ברשת בחירת רכיבים פעיליםפתח את מסד הנתונים של HERB (http://herb.a…

Representative Results

סה”כ זוהו 31 רכיבים פעילים הקשורים ל-Trichosanthes-Fritillaria thunbergii, כולל 21 Trichosanthes ו-10 Fritillaria thunbergia, כמו גם 144 מטרות מקבילות. בסך הכל, 9,049 ו-67 גנים הקשורים ל-LUAD הופקו ממסד הנתונים GeneCards וממסד הנתונים OMIM, בהתאמה. לאחר מחיקת גנים כפולים, זוהו 9,057 גנים הקשורים ל-LUAD. ההצטלבות של הגנים הקשורים ללו?…

Discussion

באופן כללי, מחקר פרמקולוגי רשת שלם כולל זיהוי רכיבים פעילים ממאגרי מידע, רכישת מטרות המתאימות לרכיבים פעילים ומחלות, בניית רשת מטרה-רכיב-מחלה-תרופה, וחיזוי מטרות ומסלולי ליבה. הקשר בין רכיבים פעילים לחלבוני ליבה (עגינה מולקולרית) נחזה באופן ראשוני על ידי טכנולוגיית המחשב, והאימות הסופי מת?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

מחקר זה נתמך על ידי תוכנית ההכשרה לחדשנות של אוניברסיטת בייג’ינג לרפואה סינית (No: 202110026036).

Materials

0.25% trypsin-EDTA Gibco R001100
A549 cell line Procell CL-0016
AKT antibody CST 4691S
BCA Protein Assay Kit Solarbio PC0020
Chemiluminescence detection system Shanghai Qinxiang Scientific Instrument Factory ChemiScope 6100
Dulbecco's modified eagle medium (DMEM) Solarbio 11995
Enhanced chemiluminescence (ECL) kit  ABclonal RM00021
Fetal bovine serum ScienCell 0025
HRP Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) ABclonal AS014
MTS assay kit Promega G3580
p-AKT antibody CST 6040S
Penicillin streptomycin Gibco C14-15070-063
Phenylmethanesulfonyl fluoride (PMSF) Solarbio P0100
Phosphatase inhibitor Beyotime P1081
Phosphate buffered saline (PBS) Solarbio P1020
Polyvinylidene difluoride (PVDF) membranes Millipore ISEQ00010
RIPA lysis solution Solarbio R0010
Rotary evaporator Shanghai Yarong Biochemical Instrument Factory RE52CS-1
Vacuum freeze-drying mechanism Ningbo Scientz Biotechnology SCIENTZ-10
β-Actin antibody ABclonal AC026
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Thai, A. A., Solomon, B. J., Sequist, L. V., Gainor, J. F., Heist, R. S. Lung cancer. The Lancet. 398 (10299), 535-554 (2021).
  2. Sinha, A., et al. Early-stage lung adenocarcinoma MDM2 genomic amplification predicts clinical outcome and response to targeted therapy. Cancers. 14 (3), 708 (2022).
  3. Howlader, N., et al. The effect of advances in lung-cancer treatment on population mortality. The New England Journal of Medicine. 383 (7), 640-649 (2020).
  4. Hirsch, F. R., et al. Lung cancer: Current therapies and new targeted treatments. The Lancet. 389 (10066), 299-311 (2017).
  5. Liu, J., et al. Comprehensive treatment with Chinese medicine in patients with advanced non-small cell lung cancer: A multicenter, prospective, cohort study. Chinese Journal of Integrative Medicine. 23 (10), 733-739 (2016).
  6. Xiao, Z. W., et al. Comprehensive TCM treatments combined with chemotherapy for advanced non-small cell lung cancer: A randomized, controlled trial. Medicine. 100 (18), 25690 (2021).
  7. Li, Y., et al. Effectiveness of traditional Chinese medicine on chemoradiotherapy induced leukaemia in patients with lung cancer: A meta-analysis. Journal of Traditional Chinese Medicine. 38 (5), 661-667 (2018).
  8. Yuan, F., et al. Therapeutic effect and apoptosis mechanism of lung-tonifying and expectorant decoction on lung cancer rats with Qi deficiency and blood stasis. Asian Pacific Journal of Tropical Medicine. 8 (11), 983-988 (2015).
  9. Zhang, Y. L., Liang, Y. E., He, C. W. Anticancer activities and mechanisms of heat-clearing and detoxicating traditional Chinese herbal medicine. Chinese Medicine. 12, 20 (2017).
  10. Wang, T. B., et al. Exploring the rules of application of RONG Yuan-ming in the treatment of non-small cell lung cancer. Guiding Journal of Traditional Chinese Medicine and Pharmacy. 25 (14), 22-25 (2019).
  11. Chen, T. T., Wang, Y., Tian, T. Medication regularity and mechanism of traditional Chinese medicine in treating lung cancer. Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae. 24 (11), 206-210 (2018).
  12. Shen, C. J. Analysis of the rule of Chinese medicine in treating lung cancer. Journal of Shandong University of Traditional Chinese Medicine. 35 (2), 127-129 (2011).
  13. Yang, X. Y., et al. Evidence-based complementary and alternative medicine bioinformatics approach through network pharmacology and molecular docking to determine the molecular mechanisms of Erjing pill in Alzheimer’s disease. Experimental and Therapeutic Medicine. 22 (5), 1252 (2021).
  14. Chen, G. Y., et al. Network pharmacology analysis and experimental validation to investigate the mechanism of total flavonoids of Rhizoma Drynariae in treating rheumatoid arthritis. Drug Design Development and Therapy. 16, 1743-1766 (2022).
  15. Chen, G. Y., et al. Integrating network pharmacology and experimental validation to explore the key mechanism of Gubitong recipe in the treatment of osteoarthritis. Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2022, 7858925 (2022).
  16. Xie, G. G., et al. A network pharmacology analysis to explore the effect of Astragali Radix-Radix Angelica Sinensis on traumatic brain injury. BioMed Research International. 2018, 3951783 (2018).
  17. Chen, G. Y., et al. Prediction of Rhizoma Drynariae targets in the treatment of osteoarthritis based on network pharmacology and experimental verification. Evidence Based Complementary and Alternative Medicine. 2021, 5233462 (2021).
  18. World Federation of Chinese Medicine Societies. Network pharmacology evaluation methodology guidance. World Chinese Medicine. 16 (4), 527-532 (2021).
  19. Fang, S. S., et al. A high-throughput experiment- and reference-guided database of traditional Chinese medicine. Nucleic Acids Research. 49, 1197-1206 (2021).
  20. Chen, G. Y., et al. Network pharmacology-based strategy to investigate the mechanisms of Cibotium barometz in treating osteoarthritis. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2022, 1826299 (2022).
  21. Yu, J. H., et al. ZiYinHuaTan recipe inhibits cell proliferation and promotes apoptosis in gastric cancer by suppressing PI3K/AKT pathway. BioMed Research International. 2020, 2018162 (2020).
  22. Daina, A., Michielin, O., Zoete, V. SwissADME: A free web tool to evaluate pharmacokinetics, drug-likeness and medicinal chemistry friendliness of small molecules. Scientific Reports. 7, 42717 (2017).
  23. Keiser, M. J., et al. Relating protein pharmacology by ligand chemistry. Nature Biotechnology. 25 (2), 197-206 (2007).
  24. Safran, M., et al. GeneCards Version 3: The human gene integrator. Database. 2010, (2010).
  25. Amberger, J. S., Hamosh, A. Searching Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM): A knowledgebase of human genes and genetic phenotypes. Current Protocols in Bioinformatics. 58, 1-12 (2017).
  26. Mering, C. V., et al. STRING: Known and predicted protein-protein associations, integrated and transferred across organisms. Nucleic Acids Research. 33, 433-437 (2005).
  27. Zhou, Y. Y., et al. Metascape provides a biologist-oriented resource for the analysis of systems-level datasets. Nature Communications. 10, 1523 (2019).
  28. Pundir, S., et al. UniProt protein knowledgebase. Methods in Molecular Biology. 1558, 41-55 (2017).
  29. Burley, S. K., et al. Protein data bank (PDB): The single global macromolecular structure archive. Methods in Molecular Biology. 1607, 627-641 (2017).
  30. Welsh, L. C., Welsh, M. VEGFA and tumour angiogenesis. Journal of Internal Medicine. 273 (2), 114-127 (2013).
  31. Hsu, L. H., Chu, N. M., Kao, S. H. Estrogen, estrogen receptor and lung cancer. International Journal of Molecular Sciences. 18 (8), 1713 (2017).
  32. Atmaca, A., et al. SNAI2/SLUG and estrogen receptor mRNA expression are inversely correlated and prognostic of patient outcome in metastatic non-small cell lung cancer. BMC Cancer. 15, 300 (2015).
  33. Lakshmi, S. P., Reddy, A. T., Banno, A., Reddy, R. C. PPAR agonists for the prevention and treatment of lung cancer. PPAR Research. 2017, 8252796 (2017).
  34. Oguro, A., Sakamoto, K., Funae, Y., Imaoka, S. Overexpression of CYP3A4, but not of CYP2D6, promotes hypoxic response and cell growth of Hep3B cells. Drug Metabolism and Pharmacokinetics. 26 (4), 407-415 (2011).
  35. Jamroze, A., Chatta, G., Tang, D. G. Androgen receptor (AR) heterogeneity in prostate cancer and therapy resistance. Cancer Letters. 518, 1-9 (2021).
  36. Wu, Y. I., et al. Regulation of global gene expression and cell proliferation by APP. Scientific Reports. 6, 22460 (2016).
  37. Sedlář, A., et al. Growth factors VEGF-A 165 and FGF-2 as multifunctional biomolecules governing cell adhesion and proliferation. International Journal of Molecular Sciences. 22 (4), 1843 (2021).
  38. Guo, L. H., Yin, M., Wang, Y. X. CREB1, a direct target of miR-122, promotes cell proliferation and invasion in bladder cancer. Oncology Letters. 16 (3), 3842-3848 (2018).
  39. Wang, D. D., et al. Induction of CYP1A1 increases gefitinib-induced oxidative stress and apoptosis in A549 cells. Toxicology In Vitro. 44, 36-43 (2017).
  40. Tan, A. C. Targeting the PI3K/Akt/mTOR pathway in non-small cell lung cancer (NSCLC). Thoracic Cancer. 11 (3), 511-518 (2020).
  41. Jin, X., et al. RBM10 inhibits cell proliferation of lung adenocarcinoma via RAP1/AKT/CREB signalling pathway. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 23 (6), 3897-3904 (2019).
  42. Henkels, K. M., et al. Phospholipase D (PLD) drives cell invasion, tumor growth and metastasis in a human breast cancer xenograph model. Oncogene. 32 (49), 5551-5562 (2013).
  43. Zhang, Z. Y., et al. CircRNA_101237 promotes NSCLC progression via the miRNA-490-3p/MAPK1 axis. Scientific Reports. 10, 490-493 (2020).
  44. Gao, T. X., et al. Exploring the mechanism of Fu-Zi Decoction in treatment of chronic heart failure based on network pharmacology and molecular docking technology. Journal of Chinese Pharmaceutical Sciences. 30 (09), 705-715 (2021).
  45. Wang, B., et al. PP4C facilitates lung cancer proliferation and inhibits apoptosis via activating MAPK/ERK pathway. Pathology, Research and Practice. 216 (5), 152910 (2020).
  46. Moon, M. Y., et al. Rap1 regulates hepatic stellate cell migration through the modulation of RhoA activity in response to TGF-β1. International Journal of Molecular Medicine. 44 (2), 491-502 (2019).
  47. Kan, J., et al. He-Chan Pian inhibits the metastasis of non-small cell lung cancer via the miR-205-5p-mediated regulation of the GREM1/Rap1 signaling pathway. Phytomedicine. 94, 153821 (2022).
  48. Sidrat, T., et al. Role of Wnt signaling during in-vitro bovine blastocyst development and maturation in synergism with PPARδ signaling. Cells. 9 (4), 923 (2020).
  49. Wagner, N., Wagner, K. D. PPAR beta/delta and the hallmarks of cancer. Cells. 9 (5), 1133 (2020).
  50. Miriam, M., et al. PI3K/AKT signaling pathway and cancer: An updated review. Annals of Medicine. 46 (6), 372-383 (2014).
  51. Ma, X. L., et al. CD73 promotes hepatocellular carcinoma progression and metastasis via activating PI3K/AKT signaling by inducing Rap1-mediated membrane localization of P110β and predicts poor prognosis. Journal of Hematology & Oncology. 12 (1), 37 (2019).
  52. Li, T., et al. Pomegranate flower extract bidirectionally regulates the proliferation, differentiation and apoptosis of 3T3-L1 cells through regulation of PPARγ expression mediated by PI3K-AKT signaling pathway. Biomedicine & Pharmacotherapy. 131, 110769 (2020).

Tags

Network PharmacologyTraditional Chinese MedicineMulticomponentTarget PredictionBiological ValidationLung AdenocarcinomaTrichosanthesFritillaria ThunbergiiHERB DatabaseSMILESSwiss ADMESimilarity Ensemble ApproachGeneCardsOMIM

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Zhao, X., Yang, Y., Feng, J., Feng, C. Network Pharmacology Prediction and Experimental Validation of Trichosanthes–Fritillaria thunbergii Action Mechanism Against Lung Adenocarcinoma. J. Vis. Exp. (193), e64847, doi:10.3791/64847 (2023).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image