JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Medicine

Nettverksfarmakologi prediksjon og eksperimentell validering av Trichosanthes-Fritillaria thunbergii virkningsmekanisme mot lungeadenokarsinom

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

Denne studien avslører mekanismen til Trichosanthes-Fritillaria thunbergii i behandling av lungeadenokarsinom basert på nettverksfarmakologi og eksperimentell verifisering. Studien viser også at PI3K / AKT-signalveien spiller en viktig rolle i virkningen av Trichosanthes-Fritillaria thunbergii ved behandling av lungeadenokarsinom.

Abstract

Vi hadde som mål å studere mekanismen til Trichosanthes-Fritillaria thunbergii i behandling av lungeadenokarsinom (LUAD) basert på nettverksfarmakologi og eksperimentell verifisering. De effektive komponentene og potensielle målene for Trichosanthis og Fritillaria thunbergii ble samlet inn av high-throughput experiment og referansestyrt (HERB) database over tradisjonell kinesisk medisin og en likhetsensembletilnærming (SEA) database, og LUAD-relaterte mål ble spurt av GeneCards og Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) databaser. Et stoff-komponent-sykdom-målnettverk ble konstruert av Cytoscape programvare. Protein-protein interaksjon (PPI) nettverk, genontologi (GO) funksjon, og Kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG) pathway enrichment analyser ble utført for å oppnå kjernemål og viktige veier. Et vandig ekstrakt av Trichosanthes-Fritillaria thunbergii og A549 celler ble brukt for den påfølgende eksperimentelle valideringen. Gjennom HERB-databasen og litteratursøket ble 31 effektive forbindelser og 157 potensielle målgener av Trichosanthes-Fritillaria thunbergii screenet, hvorav 144 var regulatoriske mål for Trichosanthes-Fritillaria thunbergii i behandlingen av lungeadenokarsinom. GO funksjonell anrikningsanalyse viste at virkningsmekanismen til Trichosanthes-Fritillaria thunbergii mot lungeadenokarsinom hovedsakelig er proteinfosforylering. KEGG-veiberikelsesanalysen antydet at behandling av lungeadenokarsinom av Trichosanthes-Fritillaria thunbergii hovedsakelig involverer PI3K / AKT-signalveien. Den eksperimentelle valideringen viste at et vandig ekstrakt av Trichosanthes-Fritillaria thunbergii kunne hemme spredning av A549-celler og fosforylering av AKT. Gjennom nettverksfarmakologi og eksperimentell validering ble det verifisert at PI3K / AKT-signalveien spiller en viktig rolle i virkningen av Trichosanthes-Fritillaria thunbergii i behandling av lungeadenokarsinom.

Introduction

Lungekreft refererer til ondartede svulster som stammer fra lungebronkialslimhinnen, inkludert plateepitelkarsinom, adenokarsinom, storcellet karsinom og småcellet karsinom1. Lungeadenokarsinom (LUAD) er den vanligste typen lungekreft, og står for ca 40% av de totale lungekrefttilfellene2. De fleste pasienter diagnostiseres på et avansert stadium eller har fjernmetastase og mister dermed muligheten for kirurgi3. I dagens kliniske behandling er samtidig kjemoradioterapi den vanligste strategien for behandling av LUAD, men anvendelsen er begrenset på grunn av alvorlige bivirkninger4.

Tradisjonell kinesisk medisin (TCM) kan effektivt lindre de kliniske symptomene til LUAD-pasienter og redusere bivirkningene forårsaket av strålebehandling og kjemoterapi og har dermed blitt et forskningspunkt 5,6,7. I tradisjonell kinesisk medisin tilhører lungekreft kategorien “lungeakkumulering” og “lungepetrous”. Mangelen på Qi og samspillet mellom slim, stasis og gift er viktig i patogenesen av lungekreft. Derfor er tonifisering av Qi og eliminering av slim og blodstasis den viktigste kliniske behandlingen8 metoder for lungekreft i henhold til TCM teori9. Trichosanthes kirilowii Maxim (Gualou) og Fritillaria thunbergii Miq (Zhebeimu) representerer et vanlig stoffpar ved behandling av lungekreft, og denne kombinasjonen har effekten av å rydde varme og redusere slim10,11,12. Imidlertid er virkningsmekanismen fortsatt uklar, og videre forskning må gjennomføres.

Nettverksfarmakologi er en omfattende metode basert på teorien om systembiologi og multidireksjonell farmakologi som tar sikte på å avdekke komplekse nettverksforhold mellom flere legemidler og sykdommer13. Tradisjonelle kinesiske resepter har egenskapene til å være multikomponent og multi-mål, noe som betyr at de er svært egnet for studiet av nettverksfarmakologi14,15. Nylig har nettverksfarmakologi dukket opp som en kraftig tilnærming i studiet av TCM-formler og har blitt et forskningspunkt16,17.

Men så vidt vi vet, presenteres all forskning på nettverksfarmakologi som tekst. Å presentere denne teknologien gjennom video vil redusere læringsterskelen sterkt og lette markedsføringen av denne teknologien, noe som er en av fordelene med denne artikkelen. I denne studien tok vi Trichosanthes-Fritillaria thunbergii mot lungeadenokarsinom som et eksempel for å utføre nettverksfarmakologiprediksjon og eksperimentell validering.

Protocol

Alle nettverksfarmakologiske prosedyrer ble utført i samsvar med retningslinjene for evalueringsmetoder for nettverksfarmakologi18. Alle eksperimentelle prosedyrer ble utført i samsvar med laboratoriestyringsforskriftene ved Beijing University of Chinese Medicine. 1. Nettverksfarmakologisk prediksjon Utvalg av aktive komponenterÅpne HERB-databasen (http://herb.ac.cn)19, og bruk “Gualou” (det kinesiske navnet …

Representative Results

Totalt 31 Trichosanthes-Fritillaria thunbergii-relaterte aktive komponenter ble identifisert, inkludert 21 Trichosanthes og 10 Fritillaria thunbergia komponenter , samt 144 tilsvarende mål. Totalt ble 9049 og 67 LUAD-relaterte gener hentet fra henholdsvis GeneCards-databasen og OMIM-databasen. Etter å ha slettet dupliserte gener ble 9057 gener relatert til LUAD identifisert. Skjæringspunktet mellom LUAD-relaterte gener og Trichosanthes-Fritillaria thunbergii aktive komponentrelater…

Discussion

Generelt omfatter en komplett nettverksfarmakologistudie identifisering av aktive komponenter fra databaser, oppkjøp av mål som svarer til aktive komponenter og sykdommer, bygging av et legemiddelkomponent-sykdomsmålnettverk og prediksjon av kjernemål og veier. Sammenhengen mellom aktive komponenter og kjerneproteiner (molekylær docking) forutsies foreløpig av datateknologi, og den endelige verifiseringen utføres ved hjelp av et eksperiment.

Utvalget av relevante databaser er den mest k…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne studien ble støttet av innovasjonsopplæringsprogrammet ved Beijing University of Chinese Medicine (nr: 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