복구된 microRNA-326-5p는 뇌허혈/재관류 손상에서 STAT3 억제를 통해 신경 세포 사멸을 억제하고 미토콘드리아 손상을 약화시킵니다.
초록
연구는 대뇌 허혈/재관류 손상(CI/RI)에서 microRNA(miRNA)의 역할을 크게 탐구했습니다. 그러나 CI/RI에서 miR-326-5p의 특정 메커니즘은 여전히 파악하기 어렵습니다. 따라서, 이 연구는 CI/RI에서 miR-326-5p/신호 변환기 및 전사-3(STAT3) 축의 활성제의 메커니즘을 밝히는 것이었습니다. 두 가지 모델(일차 쥐 피질 뉴런의 산소 및 포도당 결핍[OGD] 및 Sprague-Dawley 쥐의 중간 대뇌 동맥 폐색[MCAO])은 각각 시험관 내 및 생체 내에서 CI/RI를 모방하기 위해 설정되었습니다. 기능 상실 및 증가 분석은 OGD 처리된 뉴런과 MCAO 쥐로 수행되었습니다. 그 후, OGD 처리된 뉴런의 생존력, 세포 사멸, 산화 스트레스 및 미토콘드리아 막 전위뿐만 아니라 MCAO 쥐의 뇌 조직에서 병리학적 변화, 세포 사멸 및 미토콘드리아 막 전위를 테스트했습니다. Mitofusin-2(Mfn2), miR-326-5p 및 STAT3 발현이 OGD 처리된 뉴런과 MCAO 쥐의 뇌 조직에서 검출되었습니다. Mfn2 및 miR-326-5p는 감소되었고 STAT3는 MCAO 쥐의 OGD 처리된 뉴런과 뇌 조직에서 증가했습니다. miR-326-5p는 STAT3 발현을 표적화하고 부정적으로 조절합니다. miR-326-5p를 복원하거나 STAT3를 감소시키면 생존력이 강화되고 세포자멸사 및 산화 스트레스가 억제되며 미토콘드리아 막 전위가 증가하고 OGD 처리된 뉴런에서 Mfn2 발현이 증가합니다. miR-326-5p를 상향 조절하거나 STAT3를 하향 조절하면 MCAO가 있는 쥐의 뇌 조직에서 병리학적 변화를 완화하고 세포자멸사를 억제하고 미토콘드리아 막 전위와 Mfn2 발현을 증가시켰습니다. 이 연구는 상향 조절된 miR-326-5p 또는 하향 조절된 STAT3가 Mfn2 발현을 증가시켜 CI/RI를 보호한다는 것을 설명합니다.
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소개
뇌허혈/재관류 손상(CI/RI)은 일종의 뇌 손상으로 허혈성 뇌졸중이 뒤따른다[1]. 대뇌 I/R의 가장 특징적인 특징은 재관류 후 초기 일과성 대뇌 허혈이다[2]. CI/RI는 신경 세포 사멸을 활성화하고 해마 및 피질 손상을 유발합니다[3]. 현재 가장 일반적인 임상 적용은 CI/RI에 대한 혈전 용해제입니다[4]. 그러나 재관류는 반응성 산소종(ROS)의 생성을 증가시켜 세포 내 DNA 손상, 산화 스트레스 관련 손상, 단백질 산화 및 지질 과산화를 유발하여 혈액-뇌 장벽 및 부종을 더욱 악화시킬 것입니다[5]. 따라서 CI/RI의 우선 순위는 새로운 대상 옵션을 검색해야 하는 시급함입니다.
MicroRNA(miRNA)는 CI/RI에서 잠재적 및 예후 역할로 광범위하게 고려됩니다[6, 7]. 예를 들어, miR-202-5p가 허혈성 손상에 있는 중대뇌동맥폐쇄(MCAO) 모델 쥐의 산소 및 포도당 결핍(OGD) 유발 세포 손상뿐만 아니라 신경 손상 및 신경학적 결손을 약화시킨다는 기사가 있습니다[8] . 또한 miR-98의 상향 조절은 I/R 뇌졸중[9]이 있는 마우스에서 신경학적 결과를 개선하고 miR-451의 과발현은 CI/RI[10]가 있는 마우스에서 허혈성 대뇌 세포자멸사를 완화하는 것으로 밝혀졌습니다. 구체적으로, miR-326-5p는 내피 전구 세포에 대한 혈관신생 촉진 능력을 가지며 급성 심근경색 후 심장 기능을 향상시킬 수 있습니다[11]. 그러나 CI/RI에서 miR-326-5p를 중심으로 하는 연구는 아직 초기 단계입니다. 신호 변환기와 전사 활성제(STAT)는 CI/RI에 의해 활성화되는 독특한 단백질 군입니다[12]. STAT3는 생물정보학 웹사이트에서 miR-326-5p의 표적으로 예측되었습니다. 따라서 우리는 CI/RI에서 miR-326-5p 매개 STAT3의 역할을 연구했습니다. STAT3는 염증 유발 매개체를 방출하여 허혈성 신경 염증 과정과 이차적 뇌 손상을 악화시킵니다[13, 14]. 구체적으로, Janus-activated kinase 2(JAK2)/STAT3 경로는 CI/RI에 의해 유도된 세포 사멸을 차단하는 기능적 역할을 한다[15]. Mitofusin-2(Mfn2)는 미토콘드리아 융합 인자로 심장-뇌혈관 I/RI[16]를 보호하고 허혈성 뇌 손상에서 저산소증으로 인한 신경 세포 사멸을 개선할 수 있습니다[17]. Mfn2가 CI/RI에 보호 효과를 발휘하는 것으로 기록되어 있습니다[18].
한마디로, 덜 심층적인 조사는 CI/RI에서 miR-326-5p와 STAT3의 결합된 역할을 발견했습니다. 이를 감안할 때 이 연구는 miR-326-5p가 STAT3를 표적으로 하여 CI/RI를 감쇠한다는 가설로 시작되었습니다.
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자료 및 방법
윤리 성명서
실험은 Yangzhou 대학 부속 병원의 동물 관리 및 사용 위원회의 승인을 받았습니다. Yangzhou University, 그리고 그것은 Yangzhou University의 부속 병원의 실험용 쥐의 관리 및 사용에 대한 가이드와 함께 수행되었습니다. 양주대학교.
실험 동물
Yangzhou University (Yangzhou, China)의 비교 의학 센터의 수컷 성체 Sprague-Dawley 쥐(6-8주령, 250 ± 30g)는 음식과 물에 자유롭게 접근할 수 있는 특정 병원체 없는 환경에서 유지되었습니다. (24 ± 1)°C, (50 ± 5)% 습도 및 12시간 명암 주기
세포 분리 및 식별
쥐를 참수로 안락사시키고 뇌를 1mm
3
로 절단했습니다. 0.4% 트립판 블루 용액과 9:1(트립판 블루의 최종 농도는 0.04%) 혼합하여 세포 현탁액을 구성하고 혈구계로 세포 밀도 및 생존율을 계산했습니다. 셀(1 × 10
6
세포/mL)를 5 × 10
6
에서 L-폴리리신(0.1 mg/mL)으로 사전 코팅된 세포 배양 플라스크에 접종했습니다. 플라스크당 세포. 세포가 벽에 부착되면 재생된 배지(NeurobasalA + B27 + L-glutamine)와 함께 배양하고 2-3일마다 배지를 반으로 교체하면서 6-7일 동안 계속 배양했습니다.
세포 식별:랫트 피질 뉴런을 사용하여 1차 토끼 항-쥐 네스틴(NES) 폴리클로날 항체(1:200) 및 플루오레세인 이소티오시아네이트(FITC) 표지된 염소 항-토끼 면역글로불린과 함께 인큐베이션된 뉴런 슬라이드를 준비했습니다. G(1:50, 둘 다 Cell Signaling Technology, Beverly, MA, USA). 그 후 세포를 형광소광제로 봉인하고 형광현미경으로 관찰하였다.
OGD 모델 수립
뉴런은 포도당이 없는 Earle's 용액에서 배양되었고 95% N2의 혼합 가스에 노출되었습니다. 및 5% CO2 . 30분의 양압 환기 후, 세포가 배양되는 저산소 환경이 형성되었습니다(시험관 내 OGD에 의한 허혈 시뮬레이션). 배양 90분 후, 무글루코스 Earle's 용액을 제거한 후 유지 세포 배지와 함께 세포를 배양하였다. 세포는 후속 실험(시험관 내 산소-포도당 재관류에 의한 재관류 시뮬레이션)을 위해 일상적으로 배양되었습니다. 정상 산소 상태에서 정상 배지가 대조군으로 사용되었습니다.
뉴런을 대조군으로 나누었습니다. OGD 그룹, 음성 대조군(NC) 그룹(스크램블된 올리고뉴클레오티드로 형질감염된 OGD 처리 뉴런), miR-326-5p agomir 그룹(miR-326-5p agomir로 형질감염된 OGD 처리 뉴런), sh-STAT3 그룹 (STAT3 shRNA로 형질감염된 OGD 처리 뉴런) 및 miR-326-5p agomir + 과발현(oe)-STAT3 그룹(miR-326-5p agomir 및 pcDNA-STAT3 벡터로 형질감염된 OGD 처리 뉴런). 올리고뉴클레오티드 및 벡터는 모두 GenePharma(중국 상하이)에서 제공했습니다.
리포펙타민 2000(Invitrogen; Thermo Fisher Scientific)을 사용하여 스크램블된 올리고뉴클레오티드, miR-326-5p agomir, STAT3 shRNA 또는 miR-326-5p agomir 및 pcDNA-STAT3를 일차 쥐 뉴런에 형질감염시키고 역전사 정량에 의해 형질감염 효능을 시험했습니다. 48시간 후 중합효소 연쇄 반응(RT-qPCR) 또는 웨스턴 블롯.
3-(4,5-디메틸티아졸-2-일)-2,5-디페닐테트라졸륨 브로마이드(MTT) 분석
뉴런은 1 × 10
6
에서 정지되었습니다. 세포/mL 및 각각 0, 24 및 48시간 동안 배양되었습니다. 멸균 환경에서 뉴런을 10% MTT 용액에서 2-4시간 동안 배양하고 결정이 충분히 용해될 때까지 150μL Formanzan 용해 용액(Dimethyl Sulfoxide)을 첨가했습니다. 광학 밀도(OD) 값은 570 nm에서 마이크로플레이트 리더에서 측정되었습니다.
유세포분석 세포자멸사 분석
뉴런을 0.25% 트립신으로 분리하고 2000rpm에서 원심분리하고 PBS에 재현탁했습니다. 그런 다음, 뉴런을 2000 rpm에서 원심분리하고, 펠렛을 결합 완충액에 의해 재현탁하고 5 μL Annexin V-FITC 및 5 μL propidium iodide(PI)와 함께 연속적으로 인큐베이션했습니다. 세포자멸사 비율을 감지하기 위해 유세포 분석기를 적용했습니다.
JC-1 미토콘드리아 막 전위 검출
6웰 플레이트의 세포를 PBS로 헹구고 1mL 세포 배양 배지 및 1mL JC-1 염색 작업 용액(50μL JC-1, 8mL 초순수 및 2mL JC-1 염색 완충액)을 첨가했습니다(SolarbioScience , Beijing, China) 및 15분 동안 인큐베이션했습니다. 1 × JC-1 염색 완충액은 증류수 4mL와 JC-1 염색 완충액 1mL로 구성하였다. 인큐베이션 후, 세포를 트립신 처리하고 JC-1 완충액에 재현탁하고 유세포 분석기에서 테스트했습니다. 녹색 형광의 상대적 비율을 계산했습니다.
산화 스트레스 감지
세포 내 ROS 수준은 2,7-디클로로플루오레세인 디아세테이트(DCF-DA) 검출 키트(Abcam)로 측정했습니다. 요컨대, 뉴런을 0.25% 트립신으로 분리하고 재현탁하고 30분 동안 10μm DCF-DA와 함께 인큐베이션했습니다. 그 후 495 nm/529 nm에서 여기/방출광을 이용한 DCF 형광을 형광 분광법(BD Biosciences)으로 측정했습니다.
세포내 malondialchehyche(MDA), 글루타티온(GSH) 함량 및 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(SOD) 활성의 검출은 상업용 분석 키트(Beyotime Biotechnology Co., Shanghai, China)를 사용하여 화학적 비색법에 의해 검출되었습니다. OD 값은 마이크로플레이트 리더로 측정했습니다.
쥐 모델 확립
펜토바르비탈 나트륨(50㎍/kg)을 복강내 주사하여 쥐를 마취시켰다. 목에 정중선 절개를 하고 외부 경동맥을 결찰하고 총경동맥을 동맥 클립으로 막았다. 3-0 실리콘 코팅된 모노필라멘트 나일론 봉합사를 내경동맥에 내경동맥에 내광성이 있을 때까지 조심스럽게 삽입했습니다. 일과성 뇌허혈 90분 후 봉합사를 제거하고 다시 24시간 동안 재관류를 시행하였다. 가짜 그룹은 봉합사가 내부 경동맥에 들어가지 않는다는 점을 제외하고는 동일한 처리를 받았습니다. 수술 중 직장 온도를 37 ± 0.5 °C로 유지하기 위해 항온 침대를 사용했습니다[19].
래트를 6개 그룹(n =6)으로 할당하고 MCAO 모델을 수립하기 전에 플라스미드 또는 miR을 측면 뇌실에 주입했습니다. 5 μL 스크램블된 올리고뉴클레오티드 [100 μM]), miR-326-5p agomir 그룹(5 μL miR-326-5p agomir[100 μM]의 뇌실 측면 주사를 가진 모델링된 쥐), sh-STAT3 그룹(모델링된 쥐 5 μL STAT3 간섭 벡터[100 μM]) 및 miR-326-5p agomir + oe-STAT3 그룹의 측면 뇌실 주사 STAT3 과발현 벡터 [100 μM]) [20, 21].
표본 수집
쥐는 마취에 의해 안락사되었고, 심장은 관류되었고, 전체 뇌가 얻어졌다. 뇌 손상 조직을 1 × 1 × 1 mm
3
로 절단했습니다. 파라핀 절편 준비, RT-qPCR, 웨스턴 블롯 분석 및 미토콘드리아 막 전위 검출을 위한 조직 덩어리
대뇌 피질의 미토콘드리아 막 전위 감지
SD 쥐의 대뇌 피질을 분리하여 1mm
3
로 절단했습니다. . 조직 블록을 300 메쉬 나일론 망에 놓고 PBS를 첨가했습니다. 그 다음, 세포 현탁액을 1000 r/min으로 원심분리하고, 70% 에탄올을 첨가하고, 다시 1000 r/min으로 원심분리하였다. 그 후, 샘플을 PBS 1mL에 재현탁하고 현탁액(1 × 10
6
세포, 100μL)을 Rhodamine123 염료 용액(10μL, 5μg/mL)과 반응시키고 488nm에서 유세포 분석기로 분석했습니다.
HE 염색
쥐의 뇌 조직을 4% 파라포름알데히드에 24시간 동안 담그고 파라핀 절편을 준비하고 4μm로 자르고 40°C 물에 펴서 60°C에서 굽습니다. 정기적으로 탈랍 및 수화한 파라핀 섹션을 HE 염색 용액으로 염색했습니다. HE 염색 후 손상된 뉴런은 핵의 수축, 세포 부종, 공포화 및 어두운 핵을 나타냈다. 광학현미경(Nikon, Japan)을 사용하여 이미지와 생존 뉴런 수(mm
2
) 허혈성 피질의 수를 세었습니다.
튜넬 염색
파라핀 섹션은 100%, 95%, 80% 및 70% 알코올로 탈랍 및 탈수되었습니다. 그런 다음 절편을 4% 파라포름알데히드에 담그고 0.1% Triton X-100 구연산 나트륨 완충액과 20분 동안, TUNEL 반응 혼합물과 1-1.5시간 동안 배양했습니다. 다음으로, 섹션은 퍼옥시다제 용액 및 디아미노벤지딘(DAB)으로 전개되고, 헤마톡실린으로 대조염색되고, 구배 알코올로 탈수되고, 투과되고, 중성 검으로 밀봉됩니다. TUNEL 양성 세포를 계수하기 위해 광학 현미경으로 절편을 관찰하였다. 핵의 갈색을 띤 노란색 입자는 TUNEL 양성 세포(아폽토시스 세포)로 정의되었습니다.
면역조직화학
섹션은 탈랍, 수화 및 시트레이트 항원에 의해 회수되었으며 내인성 카탈라아제는 3% H2에 의해 차단되었습니다. O2 . 각 절편에 염소 혈청(50μL)을 첨가하고, 1차 항체(50μL)와 함께 배양하고, 2차 항체(50μL) 및 양고추냉이-과산화효소 표지된 스트렙타비딘(50μL)과 반응시켰다. 섹션은 DAB에 의해 전개되었고 헤마톡실린에 의해 대조염색되었으며, 구배 알코올 탈수, 자일렌 투과 및 중성 검 밀봉이 뒤따랐습니다. 절편은 현미경으로 관찰하였다(허혈성 뇌 조직의 세포질 또는 핵은 황색 또는 황갈색 입자였다). OD 값을 측정하고 평균했습니다.
RT-qPCR
조직 및 세포에서 총 RNA 추출은 Trizol(Invitrogen)에 의해 수행되었습니다. mRNA 발현은 SYBR Green PCR Mix(Applied Biosystems, CA, USA)와 QuantStudio TM 6Flex real-time PCR system(Applied Biosystems)을 사용하여 qPCR을 통해 분석하였다. 특정 줄기 루프 역전사 프라이머 및 정방향/역방향 프라이머(BioTNT, Shanghai, China)는 miRNA 수준을 분석하기 위해 설계되었습니다. 표 1은 모든 프라이머를 나열했습니다. 2
−△△CT
방법은 miRNA 또는 mRNA 수준을 계산하기 위해 채택되었습니다.
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서부 얼룩 분석
단백질 샘플을 10% 소듐 도데실 설페이트 폴리아크릴아미드 겔 전기영동에 의해 분리하고 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 막에 전기블롯팅하였다. 그 후, PVDF 막을 Tris 함유 식염수에 5% 탈지분유로 차단하고, 1차 항체로 프로브하고, 이차 항체로 2시간 동안 다시 프로브하였다. 그런 다음, 단백질 밴드를 Nitroblue tetrazolium chloride와 5-Bromo-4-Chloro-3-Indolyl Phosphate를 포함하는 알칼리성 인산 가수분해 효소 완충액으로 분석하고 ImageJ 소프트웨어(NIH, Bethesda, MD, USA)로 정량화했습니다. 주요 항체는 STAT3(1:1000), Mfn2(1:1000, Abcam, MA, USA) 및 glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase(GAPDH)(1:1000, Cell Signaling Technology, Beverly, MA, USA)였습니다.
이중 루시퍼라제 리포터 유전자 분석
miR-326-5p 야생형(WT) 또는 돌연변이체(Mut) 결합 부위를 포함하는 STAT3 3'UTR을 STAT3-WT 및 STAT3-Mut로 명명된 pmirGLO 벡터(Promega, WI, USA)에 클로닝했습니다. 세포를 2 × 10
4
로 24웰 플레이트에 접종했습니다. 세포/웰 및 100ng의 STAT3-WT 또는 STAT3-Mut 루시퍼라제 벡터 및 50nM miR-326-5p agomir 또는 it agomir NC로 70% 컨플루언스로 공동 형질감염되었습니다. Luciferase 활성은 Dual-Luciferase Reporter Assay System(Promega Corporation, WI, USA)을 사용하여 측정되었습니다.
통계 분석
데이터 분석에는 SPSS 21.0(IBM, NY, USA) 통계 소프트웨어를 사용하였다. 데이터는 평균 ± 표준편차(SD)로 표현하였다. 두 그룹 간의 차이는 Student's t-test로 분석한 반면 다중 비교는 일원 분산 분석(ANOVA)으로 분석한 후 Tukey의 사후 테스트로 분석했습니다. 피 양측 검정을 나타내고 P <0.05는 통계적으로 유의미한 것으로 간주되었습니다.
일주일 동안 배양한 쥐의 피질 뉴런은 분화되고 성숙되었습니다. 현미경으로 볼 때 뉴런은 더 큰 뉴런체, 더 투명한 세포질, 밀도가 낮은 큰 핵, 강한 굴절률을 보였다. 뉴런 몸체는 원추형 또는 원형이었고 수상돌기는 엇갈려 벽에 부착되었습니다(그림 1a, b). NES는 면역형광 분석을 통해 높은 특이성을 갖는 뉴런을 찾기 위한 대뇌 뉴런의 특이적 화학적 마커였다. 뉴런은 NES에 특이적으로 결합하는 것으로 밝혀졌으며 녹색 형광을 보였다(그림 1c).