GlycoMAC: Мультимасштабная метаболическая и гликозилирующая модель для предсказания гликозилирования в условиях культур млекопитающих клеток

Грибы часто переходят между патогенными, эндофитными и сапрофитными образами жизни, однако функциональные характеристики, обеспечивающие эти экологические изменения, остаются неясными. Сравнительный анализ ранних и недавно дивергировавших линий показывает контрастные стратегии жизненного цикла. Ранние дивергенты демонстрируют ограниченную ассоциацию с корнями растений, медленную летальность для насекомых, обширное внутрихозяинное размножение и высокую споруляцию, в то время как недавно дивергировавшие штаммы демонстрируют быстрое прорастание на кутикуле насекомых и корнях растений, ускоренное уничтожение хозяев и грибное развитие от трупов к корням растений; большинство также проявляют активность деструксина. Профилирование углеводного использования на 95 субстратах демонстрирует, что расширенная метаболическая широта сильно предсказывает прорастание, реагирующее на кутикулу и растения, вирулентность на различных насекомых и эффективность колонизации корней, связывая производительность между царствами с питательной широтой. Активация иммунного ответа хозяев дополнительно модифицирует вирулентность, специфичную для штаммов, но не перекрывает центральную роль метаболической гибкости. В совокупности эти результаты идентифицируют метаболическую способность как функциональную ось, связывающую приобретение питательных веществ с экологической диверсификацией, предоставляя механистическую основу для понимания экологической пластичности у грибов, ассоциированных с хозяевами.

Генетические регуляторные сети (ГРС) описывают направленные отношения между регуляторами и целевыми генами, определяя шаблоны экспрессии генов специфично для клеточных типов. Технологии многократного омного секвенирования одиночных клеток, такие как секвенирование РНК одиночных клеток (scRNA-seq) и секвенирование для оценки доступности хроматина одиночной клетки (scATAC-seq), позволяют высокоточно измерять экспрессию генов и регуляцию, специфичные для клеточных типов, как никогда ранее. Тем не менее, инструменты для вывода специфичных для клеточных типов ГРС и моделирования их динамики по-прежнему остаются редкостью. Для содействия выводу и анализу специфичных для клеточных типов ГРС в контекстах, таких как клеточное развитие или прогрессирование заболеваний, где структура и динамика клеточных линий важны, мы разработали рамочные структуру многофункционального обучения, называемую выводом сетей на базе одиночных клеток (scMTNI). ScMTNI и его сопутствующие инструменты анализа сетей предлагают комплексный пакет для определения специфичных для клеточных типов ГРС и изучения их динамики. Эта глава книги описывает инструмент scMTNI и демонстрирует его применение к существующему набору данных о многомодальной репрограммировании одиночных клеток для вывода специфичных для клеточных типов ГРС и выявления ключевых регуляторов переходов клеточной судьбы во время репрограммирования клеток.

Квантово-механические (КМ) кластерные модели предоставляют эффективную платформу для механистических исследований ферментативных реакций, но остаются вычислительно сложными. Нейронные сетевые потенциалы (НСП) предлагают многообещающий путь для снижения этих затрат, однако ферменты предъявляют требования, отличные от маломолекулярных соединений, включая большие размеры систем, условия с неявным растворителем, значительную поляризацию и перенос заряда. В данном исследовании мы представляем интегрированную программную платформу для эффективного обучения НСП для механистических исследований ферментов, продемонстрированную на КМ моделях S-аденозил-L-метионинзависимых метилтрансфераз (MTases). Наш код Enerzyme вводит модульные архитектуры НСП, учитывающие электростатики, и сочетает автоматизированное строительство КМ с генерацией реактивных наборов данных. Пакет Enerzymette автоматизирует исследование реакционных путей как на уровне НСП, так и на уровне DFT. Мы показываем, что итеративные гибкие сканирования и расчеты с использованием сдвинутых эластичных линий накладывают более строгие требования на НСП, чем традиционные метрики наборов данных. Тем не менее, НСП, обученные на менее чем 1000 специфичных для системы точках данных, воспроизводят энергетические характеристики реакций и структуры переходного состояния для кластеров MTase, содержащих до 545 атомов, с близкой к химической точностью. Прямое управление атомными зарядами и постоянное диэлектрическое экранирование значительно улучшают стабильность и точность симуляций, в то время как заряды, обученные в режиме многозадачности, захватывают тенденции переноса заряда и поляризации и предоставляют химически значимые дескрипторы реактивности. Наконец, переносимость на химически разнообразные субстраты катехол O-метилтрансферазы указывает на то, что НСП учат универсальные паттерны реактивности по мере расширения учебных данных на несколько ферментов. В целом, эти результаты устанавливают основу для ускорения механистических исследований ферментов и направляют дальнейшую разработку НСП для биомолекулярной реактивности.

Для изучения эффектов Платикодина D (PD) на пролиферацию, миграцию и ангиогенез клеток эндотелия EA.hy926, стимулированных супернатантом из модели синовиальных клеток ревматоидного артрита (РА) (MH7A), данное исследование стремится предварительно выяснить его потенциальные механизмы. Клетки MH7A, стимулированные TNF-, были использованы в качестве модели клеток РА. Супернатант из этих клеток был собран и обозначен как кондиционированная среда (КС), которая затем использовалась для стимуляции клеток EA.hy926, тем самым создавая модель эндотелиальных клеток при РА; клетки EA.hy926 были трансдуцированы лентивирусом для суперэкспрессии или нокаута CD146; Экспериментальные группы включали: нормальная контрольная группа, модельная группа (группа с оптимальной стимуляцией КС), и группы лечения PD (PD при концентрациях 1.25, 2.5 и 5 мг/л); sh-CD146+КС, sh-NC+КС, sh-NC, lenti-CD146+КС, lenti-CD146-NC. Спасательный эксперимент включал следующие группы: КС, КС+PD группа, КС+lenti-CD146 группа и КС+lenti-CD146+PD группа лечения. Пролиферация клеток оценивалась с помощью анализа CCK-8; миграция клеток оценивалась через тест раневого заживления; ангиогенез определялся с помощью тестов формирования трубочек; уровень экспрессии CD146 измерялся методом вестерн-блоттинга. В сравнении с нормальной группой, стимуляция КС значительно увеличивала пролиферацию эндотелиальных клеток (<0.01). Однако после 24 часов обработки PD наблюдалось заметное снижение пролиферации клеток (<0.05). Кроме того, стимуляция КС улучшала способность клеток к миграции по сравнению с нормальной группой; это улучшение было значительно уменьшено после лечения PD (<0.01). Более того, способность к образованию трубочек была значительно увеличена при стимуляции КС по сравнению с нормальной группой, но показала значительное подавление после 24 часов лечения PD (<0.0001). Выражение CD146 было значительно увеличено в модельной группе по сравнению с нормальной группой и затем снизилось после лечения PD (<0.01), и зависело от дозы. В спасательном эксперименте, по сравнению с группой лечения PD (КС+PD 5 мг/л), пролиферация, миграция и способность образовывать трубочки клеток в группе суперэкспрессии CD146+группа лечения PD (КС+lenti-CD146+PD 5 мг/л) были значительно увеличены (<0.0001,<0.05,<0.001). Интересно, что по сравнению с группой суперэкспрессии (КС+lenti-CD146), эти способности в группе суперэкспрессии+группа лечения PD (КС+lenti-CD146+PD 5 мг/л) оставались значительно подавленными (<0.0001,<0.0001,<0.05). В этом исследовании мы также обнаружили, что CD146 проявляет значительные пронгиогенные, промиграционные и прополиферативные эффекты в клетках EA.hy926. В то же время, PD показал значительное подавление ангиогенеза, пролиферации и миграции клеток EA.hy926 в зависимости от дозы, и понизил уровень экспрессии CD146 в зависимости от дозы. Суперэкспрессия CD146 частично ослабила антиангиогенный эффект PD, но PD все еще проявлял сильную антиангиогенную активность в клетках с суперэкспрессией CD146, что указывает на то, что PD частично действует через регуляцию CD146 и, возможно, другие пути, отражая его многогранную природу. Это исследование впервые связывает антиангиогенный эффект PD с CD146, открывая перспективное направление терапии для РА.

β-адренергические рецепторы (β-АРы) способствуют индукции бежевых адипоцитов у грызунов и людей, однако доминирующий человеческий подтип, β2-АР или β3-АР, остается предметом споров. Целью настоящего исследования было подтвердить, могут ли адипоциты, полученные из мезенхимальных стволовых клеток, извлеченных из жировой ткани человека (hADSCs), служить моделью с потенциалом бежевого ожирения при соответствующих стимуляциях, релевантных человеку, и сравнить участие β2-АР и β3-АР в дифференцировке бежевых адипоцитов, производимых hADSCs. hADSCs были дифференцированы в адипоциты с использованием адипогенного коктейля в присутствии или отсутствия стимуляции, релевантной человеку, или селективных агонистов β2-АР/β3-АР с или без селективных антагонистов β2-АР/β3-АР. Неселективная активация β-АР индуцирует бежевую адипогенезу наряду с экспрессией мРНК и/или белка маркеров бежевого ожирения, включая белок лишения сродства 1 (UCP1), появление многооксидационных адипоцитов и улучшенные показатели митохондриального дыхания. Более того, норэпинефрин, форсколин и тригонеллин увеличивали экспрессию мРНК и/или белка UCP1. Фармакологическая диссекция с применением селективных агонистов и антагонистов по подтипам показала, что активация β2-АР, но не β3-АР, необходима и достаточна для индукции UCP1. Блокада β2-АР устранила повышение UCP1, в то время как блокада β3-АР оказала минимальное влияние. Селективная стимуляция β2-АР повторила ответ на бежевое ожирение. Настоящее исследование устанавливает адипоциты, производимые из hADSCs, как практическую, релевантную человеку платформу для скрининга фармакологических агентов и соединений, полученных из пищи, и идентифицирует β2-АР как целевой объект, который может быть использован для индуцирования бежевых адипоцитов у людей.

Эректильная дисфункция (ЭД), связанная с длительным потреблением высокожирной пищи (ВЖП), все больше рассматривается как проявление системных метаболических и сосудистых нарушений. Настоящее исследование направлено на оценку терапевтического действия классической уйгурской медицинской формулы Бах (BAKHF) на ЭД, вызванную ВЖП, у крыс, а также на выяснение ее механизмов действия. Самцы крыс с ЭД, вызванной ВЖП, были случайным образом распределены на группы: модель, Yimusake (YMSK, положительный контроль) и BAKHF. YMSK служил фармакологической эталонной группой для валидации модели и оценки эффектов BAKHF на эректильную функцию, гистологию и гематологию. Эдектильную функцию оценивали по максимальному интракавернозному давлению к среднему артериальному давлению (ICP/MAP), тестам сексуального поведения и биохимическим анализам. Основным исходом была эректильная функция, оцененная по ICP/MAP, а вторичными исходами стали метаболические, эндокринные, молекулярные и гистопатологические параметры. Потенциальные механизмы действия BAKHF были раскрыты с помощью интегрированных трансктомных, протеомных и сетевых фармакологических анализов, в сочетании с химическим профилированием сывороточно-абсорбированных соединений, молекулярным докингом, RT-qPCR и Western blot. Как BAKHF, так и YMSK улучшили эректильную функцию, характеризующуюся повышенными соотношениями ICP/MAP и улучшенными параметрами сексуального поведения. Гистологически обе формулы восстановили кавернозную структуру полового члена, уменьшили отложение коллагена и увеличили содержание гладкомышечных клеток, что подтверждает роль YMSK как надежного фенотипического эталона для модели. Однако BAKHF продемонстрировала более высокую эффективность в восстановлении системного метаболического и эндокринного гомеостаза, включая нормализацию потребления пищи и сывороточных липидных профилей. Последующие механистические анализы сосредоточились на BAKHF и выявили ее регуляторную роль в АМПК-связанных метаболических и цитоскелетных путях. Были идентифицированы пять сывороточно-абсорбированных соединений, включая розмариновую и феруловую кислоты, как потенциальные биоактивные компоненты, нацеленные на ключевые узлы, такие как GAPDH, PPARγ и ESR1. Эти результаты предполагают, что BAKHF действует через многокомпонентный, многотаргетный и многопутевой синергизм, потенциально вовлекая сигнализацию AMPK для регуляции метаболического и тканевого гомеостаза при ЭД, вызванной ВЖП. Интеграция многоомных анализов с экспериментально подтвержденными сывороточно-абсорбированными соединениями и механистической валидацией укрепляет биологическую правдоподобность результатов. Однако существуют ограничения, включая отсутствие специфических генетических или фармакологических вмешательств и нерешенные вклады отдельных компонентов.