Zebra balığı modeli ve dinamik moleküler yerleştirme teknolojisine dayalı olarak Amerikan ginsenginin anti hipoksi etkisinin ve potansiyel hedeflerinin araştırılması
Hipoksi, birden fazla faktörün neden olduğu karmaşık bir patolojik süreçtir ve vücutta değişen derecelerde solunum güçlüğü anlamına gelir. Solunum yolu ile yeterli oksijen alınamaması vücutta ciltte, parmaklarda, dudaklarda siyanoz gibi patolojik değişikliklere ve hatta hırıltılı solunum, nefes darlığı ve göğüste sıkışma hissi gibi semptomlara yol açar. Hipoksi kalp, beyin ve akciğerler gibi birden fazla organda geri dönüşü olmayan hasara neden olabilir ve bu da akciğer ödemi veya beyin ödemi gibi ölümcül hastalıklara dönüşebilir. Geleneksel Çin tıbbı, iyi anti hipoksi etkileri olduğu kanıtlanmış olan kar lotusu ve palmiye ginsengi gibi anti hipoksi araştırmalarında ve klinik uygulamalarda bariz avantajlara sahiptir. Ülkemizin eşsiz tıbbi bitki kaynaklarını daha derinlemesine araştırmak ve daha etkili ve düşük toksisiteli ilaçlar keşfetmek, yüksek rakımlı ortamların veya patolojinin neden olduğu hipoksinin önlenmesi ve tedavisi için hala büyük önem taşımaktadır.

Günümüzde, anti hipoksik hastalıkların araştırılmasında kullanılan başlıca modeller sıçan ve fare modelleridir. Ana yöntemler arasında ağırlık taşıyan yüzme deneyleri, normobarik hipoksi tolerans deneyleri, sodyum nitrit zehirlenmesi hayatta kalma deneyleri ve büyük ölçekli ilaç taramasında sınırlamaları ve yüksek maliyetleri olan akut serebral iskemik hipoksi deneyleri yer almaktadır. Araştırmalar, zebra balığının sodyum sülfit yoluyla hipoksi modelleri oluşturabileceğini ve zebra balığının yüksek yumurta üretimine, kısa deney döngülerine ve düşük maliyetlere sahip olduğunu ve bu sayede yüksek verimli taramaya ulaşabileceğini ortaya koymuştur. Bu nedenle, Amerikan ginsenginin anti hipoksi etkisini araştırmak için model hayvan zebra balığını kullandık ve Amerikan ginsenginin anti hipoksi etkisinin potansiyel hedeflerini aramak ve anti hipoksi mekanizmasının incelenmesi için referans sağlamak amacıyla Amerikan ginsenginin aktif bileşenlerini ve potansiyel hedeflerini taramak ve tahmin etmek için biyoinformatik teknikler ve yöntemler kullandık.

 

Bu makale, geleneksel Çin tıbbı anti hipoksi çalışması için yeni bir yöntem sağlayan yeni bir zebra balığı yavru anti hipoksi modeli oluşturmaktadır. Bu deneyde düşük oksijenli bir ortam oluşturmak için sodyum sülfit kullanılmış, bir hipoksi modeli oluşturmak için yaygın nitrojen doldurma yönteminin yerini almış ve Amerikan ginsenginin anti hipoksi etkisi daha basit ve daha doğrudan bir işlemle incelenmiştir. Zebra balığının model hayvan olarak kullanılması deney süresini kısaltabilir, yüksek verimli tarama sağlayabilir ve hipoksiyi bir bütün olarak karakterize edebilir. Oksijenden mahrum bırakıldıktan sonra zebra balığı yüzen kafa fenomeni yaşayacak ve yüzme duruşları dengesiz olacaktır. Vücutları yataya paralel olmayacak ve her yöne düzensiz bir şekilde yüzerek belirli bir süre içinde yüzme hızlarını artıracaklardır. Bu çalışmada, hipoksik koşullar altında farklı gruplardaki zebra balıklarının hayatta kalma süreleri ve hipoksi sonrası nörolojik davranışları (yüzen kafa, yüzme hızı ve mesafesi) değerlendirilmiştir. Amerikan ginsengi ekstraktının hipoksik koşullar altında zebra balığının hayatta kalma süresini önemli ölçüde artırabileceği bulunmuştur. İlaç konsantrasyonunun artmasıyla, her bir zebra balığı grubunun yüzen kafa oranı da önemli ölçüde azalmıştır. Hipoksi sonrası hareket mesafesi ve hızı da model gruptan önemli ölçüde farklıydı. Yüksek doz ilaç grubunun nörolojik davranışı boş normoksik grubunkine yakındı, bu da Amerikan ginseng özütünün önemli bir anti hipoksi etkisine sahip olduğunu göstererek bir sonraki adımda potansiyel anti hipoksi hedefleri bulmak için temel oluşturdu.

Amerikan ginsengi, Kanada'ya özgü ve Çin'in Jilin ve Shandong eyaletlerinde yaygın olarak yetiştirilen Araliaceae familyasındaki Panax cinsinden bir bitkidir. Qing Hanedanlığı döneminin başlarında Konfüçyüsçü hekim Wang Ang tarafından derlenen "Bu Tu Ben Cao Bei Yao" adlı kitapta Amerikan ginsenginin serin bir doğası, tatlı tadı, hafif acılığı ve qi'yi tonifiye etme, yin'i besleme, ısıyı temizleme ve sıvı üretme gibi geleneksel etkileri olduğu kaydedilmiştir. Modern farmakoloji, Amerikan ginsenginin anti-tümör, kardiyovasküler koruma, bağışıklık düzenlemesinin yanı sıra anti miyokardiyal iskemi, anti miyokardiyal oksidasyon ve diğer etkiler dahil olmak üzere çeşitli farmakolojik aktivitelere sahip olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, şimdiye kadar, insanların Amerikan ginsenginin anti hipoksi etkisi ve spesifik madde bileşimi hedefleri hakkındaki anlayışı hala çok sınırlıdır. Önceki çalışmalar, ginsenosid Rg3'ün hipoksik koşullar altında Eca-109 ve 786-0 hücrelerinin çoğalmasını engelleyebildiğini ve vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF) mRNA ekspresyonunda önemli bir düşüşe neden olduğunu göstermiştir. Ayrıca hipoksik koşullar altında hipoksi tarafından indüklenen hipoksi indüklenebilir faktör-1 α (HIF-1 α), siklooksijenaz-2 (COX-2) ve nükleer faktör kappa B (NF - κ B) ekspresyonunu inhibe edebilir; Ginsenoside Rb3 hücre zarını stabilize edebilir, NOS ekspresyonunu ve aktivitesini inhibe edebilir ve hipoksik-iskemik nöronal hasar üzerinde önemli bir koruyucu etkiye sahiptir. Bu nedenle, Amerikan ginsengindeki önemli anti hipoksi aktif maddelerin derinlemesine araştırılması, kalite değerlendirmesi ve yeni ilaç geliştirme için büyük önem taşımaktadır.

PPI ağının topolojik analizi, AKT1, STAT3, HSP90AA1, JUN ve TNF'nin anti hipoksi için Amerikan ginsenginin çekirdek hedef genleri olabileceğini göstermektedir. Bir serin/treonin protein kinaz olarak AKT1, büyüme faktörlerine bağlanan PI3K tarafından aktive edilebilir ve apoptozla ilgili proteinler Bad, Caspase9, mTOR aktivitesi gibi aşağı akış substratlarını aktive etmek veya inhibe etmek için fosforile edilebilir, böylece hücre proliferasyonu, farklılaşma, apoptoz ve göç gibi biyolojik süreçlerin düzenlenmesine katılır. Araştırmalar, rekombinant lentivirüs aracılı Akt1 gen transfeksiyonunun, apoptozu inhibe ederek sıçan BMSC'lerinin hipoksi toleransını önemli ölçüde artırabileceğini bulmuştur. STAT3, STAT ailesinin bir üyesidir ve hücre proliferasyonu, farklılaşması, apoptoz ve diğer süreçlerin düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. STAT3, hipoksi ile indüklenen pulmoner arter düz kas hücrelerinde önemli bir rol oynar ve STAT3 sinyal yolunun bloke edilmesi, vasküler düz kas hücrelerinin çoğalmasını etkili bir şekilde inhibe edebilir. HSP90AA1, ısı şoku protein ailesinin bir üyesidir ve stres içermeyen hücrelerde en bol bulunan sitoplazmik proteinlerden biridir. Hücresel homeostazın korunmasında kritik bir rol oynar ve hipoksik stres koşulları altında dış strese karşı hücre direncini artırabilir. JUN onkogen ailesine aittir ve MAPKs süper ailesinin bir üyesidir. Hücre proliferasyonu, inflamasyon, migrasyon ve invazyon gibi süreçlere katılabilir. Hipoksik koşullar altında, fosforile c-jun N-terminal kinazın ekspresyon seviyesindeki bir artış, sıçan pulmoner arter düz kas hücrelerinin proliferasyonunu teşvik edebilir. TNF, esas olarak monositler ve makrofajlar tarafından salgılanan, enflamatuar etkilerin düzenlenmesinde ve mikrobiyal patojenlere karşı konak savunmasında önemli bir rol oynayan pro-enflamatuar bir sitokindir. Hipoksi stresi sırasında TNF, NF - κ B yolu aracılığıyla HIF-1 α'nın (hipoksi indüklenebilir faktör-1 α) transkripsiyon seviyesini düzenler.

Bu çalışma, dinamik moleküler yerleştirme yoluyla Amerikan ginsenginin anahtar bileşiklerinin (ginsenosid F11, papaverin, ginsenosid RO, ginsenosid Rb3, ginsenosid Rg1, ginsenosid Rg3 gibi) hipoksi çekirdek hedef genleri (AKT1, HSP90AA1, JUN, STAT3, TNF) ile iyi bir şekilde bağlanabileceğini buldu. Bu moleküler yerleştirme çalışması, kristal yapıdaki orijinal ligand pozisyonunun aktif yerleştirme cebi olduğunu ve Amerikan ginsenginin anahtar bileşikleri ile hipoksik hedef proteinler arasındaki bağlanma bölgesinin anahtar aktif bölge olduğunu belirlemiştir. Bağlanma enerjisi ne kadar düşük olursa, ligand ve hedef protein arasındaki bağlanma kabiliyeti o kadar güçlü olur. Çeşitli bileşiklerin hedefle kenetlenmesi yoluyla, pro-enflamatuar faktör TNF ve ısı şok proteini HSP90AA1'in, anti hipoksi için Amerikan ginsenginin potansiyel bir anahtar hedefi olabilecek anahtar aktif bileşenlerle güçlü bir bağlanma yeteneğine sahip olduğu bulunmuştur. Moleküler dinamiklerle daha fazla doğrulama yapılarak, HSP90AA1 ve ginsenosid Rg1, TNF ve ginsenosid Ro'nun dinamik simülasyonunun, çekirdek hedef ve bileşik kompleksinin bağlanma sıkılığını ve kararlılığını ortaya çıkaran ve doğrulayan kararlı konformasyonlar oluşturabileceği bulunmuştur. Bu, anti hipoksi etkileri için Amerikan ginsenginin potansiyel hipoksi hedeflerinin incelenmesi için güvenilir bir teorik temel sağlar.

Özetle, bu çalışmada Amerikan ginsenginin anti hipoksi etkisi bir zebra balığı modeli kullanılarak değerlendirilmiş ve ağ farmakolojisi teknikleri kullanılarak anti hipoksi ile ilgili aktif bileşenler ve çekirdek hedefler araştırılmıştır. Aktif bileşenlerin ve çekirdek hedeflerin bağlanmasını daha da doğrulamak için moleküler yerleştirme teknolojisi ve moleküler dinamikler kullanılmış ve Amerikan ginsenginin anti hipoksi için potansiyel hedefleri ortaya çıkarılmıştır. Geleneksel Çin tıbbı bileşenlerinin karmaşıklığı ve Amerikan ginsengindeki saponinlerin moleküler yapısı nedeniyle, ağ farmakolojisine dayalı ön keşif hala yetersizdir. Çin ve Batı ginsenginin anti hipoksi etkilerinin öngörülen hedefleri ile ilgili olarak, Amerikan ginsenginin anti hipoksi farmakolojik bileşenlerinin incelenmesi için teorik temel ve referans sağlamak ve daha sonraki aşamada ilgili mekanizma araştırması için bir temel sağlamak amacıyla daha sonraki aşamada daha fazla deneysel doğrulama yapılacaktır.