基于生物信息学,SESN2通过System Xc-/GPX4通路负调控缺血再灌注诱导的铁死亡

Based on bioinformatics, SESN2 negatively regulates ferroptosis induced by ischemia reperfusion via the System Xc-/GPX4 pathway.

作者信息Jiejie Hu, Lijun Qin, Guoqiang Zhu, Jingjing Ren, Hongxia Wang, Jing Jin, Haixue Zheng, Dan Li, Zhaoming Ge
PMID39944356
发布时间2025-01-29
DOI10.3389/fgene.2024.1504114

实验完整度

研究包含体外OGDR细胞模型和体内小鼠脑缺血再灌注模型,结合转录组测序、生物信息学分析、铁死亡指标检测及SESN2过表达/敲低的功能验证,形成了多层级证据链。

主要模型

bEND.3细胞OGDR模型 C57BL/6小鼠局灶性脑缺血再灌注模型

重点核对

OGD处理10小时,再灌注12小时 SESN2过表达或敲低效率验证 GPX4蛋白表达随时间变化(3、6、12、24、36小时) Fer-1预处理浓度20μM时间2小时

摘要

Introduction: Cerebral ischemia-reperfusion (IR) causes severe secondary brain injury. Previous studies have demonstrated that ferroptosis is involved in IR-induced brain injury. However, whether IR induces ferroptosis in brain microvascular endothelial cells (BMVECs) is not fully understood.Materials and methods: Oxygen-glucose deprivation/reoxygenation (OGDR) was performed in bEND.3 cells to mimic IR injury in vitro, and a focal cerebral IR model was created in C57BL/6 mice. Transcriptomic sequencing of the cells was performed first, followed by bioinformatics analysis. Differentially expressed gene (DEG) enrichment analysis highlighted ferroptosis-related pathways.Results: Using Venn analysis, nine ferroptosis-related DEGs were identified, namely, Slc3a2, Slc7a11, Ccn2, Tfrc, Atf3, Chac1, Gch1, Lcn2, and Sesn2. Protein-protein interaction (PPI) analysis combined with molecular complex detection (MCODE) identified six hub genes, namely, Ddit3, Atf3, Sesn2, Trib3, Ppp1r15a, and Gadd45a. Spearman's correlation analysis revealed a significant correlation between the hub genes and ferroptosis-related DEGs. After reperfusion, the levels of ferroptosis indicators were elevated, and the expression of the ferroptosis-related proteins Xc- and GPX4 decreased. SESN2 is a hub gene and key antioxidant regulator. SESN2 silencing reduced the expression of System Xc- and GPX4, whereas overexpression of SESN2 promoted the expression of System Xc- and GPX4.Discussion: These results suggest that SESN2 is a negative regulator of ferroptosis. Enhancing the expression of SESN2 can alleviate ferroptosis through the activation of the System Xc-/GPX4 pathway. By integrating bioinformatics analysis with mechanistic exploration, this study revealed that ferroptosis plays a crucial role in IR-induced BMVECs injury, with SESN2 acting as a negative regulator via the System Xc-/GPX4 pathway.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
缺血再灌注是否诱导脑微血管内皮细胞发生铁死亡,以及SESN2在其中扮演何种角色及分子机制。
核心机制
SESN2通过激活System Xc-/GPX4通路负调控铁死亡。
主要证据
OGDR处理bEND.3细胞和IR小鼠模型中,SESN2、System Xc-和GPX4表达下降,铁死亡指标升高;SESN2过表达上调System Xc-/GPX4,敲低则下调。
研究意义
研究为脑缺血再灌注损伤中BMVECs死亡和血脑屏障破坏的机制探索提供理论依据,并为IR损伤治疗和靶向药物开发提供理论基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

细胞模型建立和OGDR处理

模拟缺血再灌注损伤,用于后续RNA-seq和机制研究。

使用bEND.3细胞进行氧糖剥夺/复氧复糖处理,建立体外IR模型。

2

转录组测序和生物信息学分析

筛选差异表达基因及铁死亡相关基因,识别关键通路和hub基因。

对对照组和OGDR组细胞进行RNA-seq,通过GO、KEGG、Reactome富集分析,PPI和MCODE分析筛选hub基因,并与铁死亡基因取交集。

3

铁死亡表型验证

确证OGDR/IR诱导铁死亡发生。

通过TEM观察线粒体形态,检测ROS、Fe2+、GSSG、MDA水平,评估铁死亡相关蛋白GPX4及System Xc-表达变化。

4

SESN2功能调控实验

验证SESN2对铁死亡及System Xc-/GPX4通路的调控作用。

在bEND.3细胞中过表达或敲低SESN2,检测GPX4、SLC7A11、SLC3A2的表达变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基----
胎牛血清----
bEND.3细胞FuHeng BiologyFH0356
T25培养瓶Corning--
无糖DMEMSolarbioD6540
Fer-1----
TRIzol试剂----
5300生物分析仪Agilent--
ND-2000分光光度计NanoDrop--
Illumina链特异性mRNA文库制备试剂盒Illumina--
SuperScript双链cDNA合成试剂盒Invitrogen--
Phusion DNA聚合酶NEB--
Qubit 4.0荧光定量仪----
NovaSeq X plus测序仪Illumina--
活性氧检测试剂盒Beyotime--
EVOS M5000荧光显微镜Invitrogen--
细胞亚铁离子比色检测试剂盒ElabscienceE-BC-K881-M
MDA检测试剂盒BeyotimeS0131S
透射电子显微镜HT7700Hitachi--
7-0缝合线Doccol Corporation--
异氟烷----
普鲁士蓝溶液Servicebio--
DAB溶液Servicebio--
DS-U3数码相机Nikon--
抗SESN2抗体Abcamab178518
抗HMOX1抗体ServicebioGB11549-50
抗SLC7A11抗体Abcamab307601
抗SLC3A2抗体Abcamab303510
抗GPX4抗体Thermo Fisher ScientificPA5-109274
抗CD31抗体ServicebioGB120005-50
Alexa Fluor 488二抗--GB25303
Cy3二抗--GB21301
DAPI----
Pannoramic MIDI玻片扫描仪3DHISTECH--
激光共聚焦培养皿Corning--
Triton X-100----
Alexa Fluor 488二抗CST4412S
LSM 980 Airyscan 2共聚焦显微镜Zeiss--
小干扰RNATsingke Biotech--
jetPRIME转染试剂Polyplus114-15
RIPA裂解液EpizymePC102
蛋白酶抑制剂EpizymeGRF101
磷酸酶抑制剂EpizymeGRF101
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0009
上样缓冲液EpizymeLT103
硝酸纤维素膜Pall--
抗β-actin抗体Sigma-AldrichA5441
辣根过氧化物酶标记二抗Santa Cruz--
Pierce ECL化学发光底物Thermo Fisher Scientific--
凝胶成像系统Bio-Rad--
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimeScript RT预混液TakaraRR047A
TB Green Premix Ex Taq IITakaraRR820A

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养与OGDR处理
bEND.3细胞系来源、培养条件、OGD时间、再灌注时间、无糖DMEM来源
阅读提示:Methods 2.1和2.2
转录组测序
RNA提取质量指标、文库构建试剂、测序平台、差异基因筛选标准
阅读提示:Methods 2.3和2.4
铁死亡指标检测
ROS探针浓度、Fe2+、GSSG、MDA检测试剂盒的规格和厂家
阅读提示:Methods 2.5
动物模型
小鼠品系、性别、年龄、缺血时间、再灌注时间、体温维持
阅读提示:Methods 2.7
SESN2过表达和敲低
转染试剂、转染时间、收集时间、siRNA序列或质粒载体
阅读提示:Methods 2.10