A Multi-omic Approach for the Study of Heart Regeneration Using Zebrafish as a Model Organism

Význam tématu

Regenerace srdeční tkáně představuje významnou cestu k pochopení endogenních mechanismů obnovy poškozených orgánů. Zebrafish (Danio rerio) se díky své schopnosti rychlé regenerace srdečního svalu staly oblíbeným modelem pro studium regenerativní medicíny. Integrace multi-omických dat z plasmatu nabízí komplexní pohled na molekulární změny během obnovy tkáně.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo aplikovat label-free multi-omický přístup kombinující lipidomiku a proteomiku s iontovou mobilitou a datově nezávislou akvizicí (HDMSE) k analýze plasmatu zebrafish po amputaci srdečního svalu. Studie se zaměřila na identifikaci klíčových biomarkerů a dráhových změn, které řídí regeneraci.

Použitá metodika

Studie zahrnovala dvě experimentální skupiny samců zebrafish – sham operovanou a amputovanou. Plazma byla odbírána 3 dny po operaci a rozdělena na proteomickou a lipidomickou analýzu. Proteomika využila redukci, alkylaci a trypsinovou digesci s RapiGest SF. Lipidy byly extrahovány směsí acetonitril:isopropanol, sráženy centrifugací a ředěny pro LC-MS. Akvizice probehla na systémech ACQUITY UPLC (M-Class a I-Class) spojených s SYNAPT G2-Si v režimu HDMSE a MSE.

Použitá instrumentace

• SYNAPT G2-Si
• ACQUITY UPLC M-Class System
• ACQUITY UPLC I-Class System
• RapiGest SF Surfactant
• ACQUITY UPLC CSH kolony
• Progenesis QI a Progenesis QI for Proteomics

Hlavní výsledky a diskuse

PCA analýza proteomických a lipidomických dat jednoznačně oddělila sham a amputované skupiny. Z více než 30 000 lipidových rysů se při ANOVA p≤0,05 a fold change >2 vyčlenily klíčové třídy: PC, TG, LPC, DG, PS, PE a ceramidy s dynamickou regulací během regenerace. Z 440 identifikovaných proteinů splňovalo kritéria významné změny (fold change >2, p≤0,05, 1 % FDR) 18 %. Pathway analýza v PANTHER a Reactome odhalila významné zapojení HDL transportu, aktivace destiček, signalizace a agregace s ústřední rolí transportéru ABCA1.

Přínosy a praktické využití metody

Label-free HDMSE s iontovou mobilitou poskytuje vysokou citlivost a selektivitu i při omezené velikosti vzorku, umožňuje současné získání kvalitativních a kvantitativních dat a zrychluje workflow od zpracování dat až po interpretaci dráhových asociací.

Budoucí trendy a možnosti využití

Výzkum může rozšířit časové studie regenerace, přidat další omické vrstvy (transkriptomiku, metabolomiku), porovnat zebrafish s vyššími obratlovci a aplikovat metodu v toxikologii, farmakologii či personalizované medicíně.

Závěr

Multi-omický přístup aplikovaný na plasmatu zebrafish odhalil klíčové molekulární změny během srdeční regenerace. Metoda prokázala svou schopnost odkrýt proteiny a lipidy zapojené do obnovy tkáně a otevírá cestu k dalším translaci do vyšších modelů.

Reference

• Kikuchi P. Advances in understanding the mechanism of zebrafish heart regeneration. Stem Cell Res. 2014;13:542–555.
• Babaei F. Novel Blood Collection Method Allows Plasma Proteome Analysis from Single Zebrafish. J Proteome Res. 2013;12:1580–1590.
• Isaac G. Lipid Separation using UPLC with Charged Surface Hybrid Technology. Waters Application Note. 2011.
• Milacic M. Annotating cancer variants and anti-cancer therapeutics in Reactome. Cancers (Basel). 2012;4:1180–1211.
• Croft D. The Reactome pathway knowledgebase. Nucleic Acids Res. 2014;42:D472–D477.
• Mi H. PANTHER in 2013: modeling the evolution of gene function in phylogenetic trees. Nucleic Acids Res. 2012;40:D1024–D1030.
• Tang C. The Macrophage Cholesterol Exporter ABCA1 Functions as an Anti-inflammatory Receptor. J Biol Chem. 2009;284:32336–32343.