Metileenblou en ferroptose: yster, lipiedperoksidasie en selsterfte

Ferroptose is selsterfte deur membraanskade. Poli-onversadigde vette in membrane oksideer in 'n kettingreaksie, die membraan faal en die sel sterf. Yster is nodig vir die chemiese reaksies. Daardie sin omvat die hele konsep, en alles in hierdie artikel toets een deel daarvan.

Die vraag hier is enger: wat doen metileenblou aan dié ketting in seleksperimente, en wat toon daardie resultaat werklik? Die kort antwoord is dat nanomolêre metileenblou in twee laboratoriumstudies mitochondriale lipiedperoksidasie verminder het en selle lewend gehou het ná snellers wat andersins ferroptose veroorsaak. Die langer antwoord is belangriker, want elke skakel in die ketting is met 'n ander ingryping getoets, en elke ingryping het beperkings.

Ferroptose in een paragraaf

'n Membraanfosfolipied met 'n poli-onversadigde vetsuurstert het 'n swak plek: waterstofatome wat maklik gesteel kan word. Sodra 'n radikaal een steel, bind suurstof aan die lipied, vorm 'n lipiedperoksielradikaal, en steel daardie radikaal van die volgende lipied. Die reaksie versprei langs die membraan tensy iets dit stop.

Die belangrikste stopsein is 'n ensiem genaamd GPX4, wat glutatioon gebruik om lipiedperoksiede tot onskadelike lipiedalkohole te reduseer. Laboratoriumsnellers val hierdie verdediging op bepaalde punte aan. Erastin blokkeer sistieninvoer deur stelsel xc-minus, wat die sel van sisteïen vir glutatioonsintese ontneem. Butioniensulfoksimien blokkeer glutatioonsintese direk. RSL3 inhibeer GPX4 self. Al drie laat peroksiede onverwyder, maar hulle doen dit by verskillende stappe, dus kan 'n resultaat met een sneller nie outomaties na die ander veralgemeen word nie.

Ferroptose verskil van apoptose in die eienskappe wat dit definieer. Daar is geen kaspasekaskade en geen apoptotiese liggaampies nie. Ystercheleerders soos deferoksamien en radikaalvangende middels soos ferrostatin-1 onderdruk dit; dit is die operasionele toets wat navorsers gebruik om selsterfte as ferroptoties eerder as bloot nekroties te klassifiseer. Die breër landskap van gereguleerde selsterfteroetes plaas hierdie onderskeid in konteks, en hoe selle labiele yster hanteer, verduidelik waarom chelering so 'n deurslaggewende kontrole is.

Waar mitochondria inpas, en waarom dit betwis is

Vroeë navorsing het gerapporteer dat selle sonder mitochondriale DNS steeds ferroptose ondergaan, wat daarop gedui het dat mitochondria nie noodsaaklik is nie. Latere navorsing het bevind dat die verwydering van mitochondria, of die blokkering van respirasie, ferroptose weens sisteïentekort kan onderdruk, maar nie ferroptose weens direkte GPX4-inhibisie nie. Albei resultate kan waar wees as die mitochondriale bydrae afhang van die sneller, die seltipe en waar die deurslaggewende peroksidasie plaasvind.

Die studie waarop hierdie artikel berus, het die geskil met 'n kompartementspesifieke sonde benader. MitoCLox is 'n mitochondria-gerigte weergawe van 'n lipiedperoksidasie-aanwyser: sy fluoressensie verander wanneer dit lipiedperoksielradikale binne mitochondria teëkom. In fibroblaste wat met erastin behandel is, het oksidasie van die mitochondriale sonde vóór selsterfte in nog lewende selle verskyn, en dit was heterogeen oor die selpopulasie. Daardie tydsverloop is belangrik. Peroksidasie wat selsterfte voorafgaan, is 'n moontlike oorsaak. Peroksidasie wat slegs in dooie selle gemeet word, is oorblyfsels. 'n Aanvullende gids tot lipiedperoksidasietoetse en wat elke sonde aandui verduidelik waarom die ligging van die sonde bepaal wat 'n sein beteken.

Dieselfde patroon het in 'n tweede model verskyn. Fibroblaste van 'n pasiënt met Leber se oorerflike optiese neuropatie, wat 'n kompleks I-mutasie en hoër basiese oksidatiewe stres het, het deur ferroptose gesterf toe glutatioon uitgeput is, terwyl kontrolefibroblaste weerstand gebied het. Oksidasie van die mitochondriale sonde het weer eerste plaasgevind. Besonderhede is in die fibroblaststudie oor mitochondriale lipiedperoksidasie in ferroptose.

Wat metileenblou in hierdie eksperimente verander het

Metileenblou is 'n redoksdraer. Sy geoksideerde vorm aanvaar elektrone uit NADH-gekoppelde chemiese reaksies by kompleks I, en sy gereduseerde vorm skenk dit aan sitochroom c, wat kompleks IV voed. Dit skep 'n gedeeltelike omleiding om die deel van die ketting waar elektrone normaalweg na suurstof lek en superoksied vorm. Lesers wat die volledige prentjie van die elektronoordrag wil hê, behoort te begin by hoe metileenblou elektrone deur mitochondria beweeg.

In longfibroblaste wat met erastin behandel is, het metileenblou teen 250 nanomolar lewensvatbaarheid in 'n seloorlewingstoets behou, net soos die mitochondria-gerigte antioksidante SkQ1 en MitoTEMPO. Die kontroles bepaal die aanspraak. Ferrostatin-1, alfa-tokoferol en deferoksamien het ook beskerming gebied, wat bevestig dat die selsterfte ferroptoties was. Die SkQ1-analoog sonder 'n antioksidantgroep het nie beskerming gebied nie, wat op redokschemie eerder as niespesifieke ophoping dui. Beskerming het bo ongeveer 200 nanomolar SkQ1 afgeneem, in ooreenstemming met die bekende pro-oksidantgedrag van kinoonantioksidante by hoër vlakke. Metileenblou het dieselfde tweeledige dosisgedrag: dit bied beskerming by lae nanomolêre vlakke in hierdie kweekskottels en kan deur redokssiklusse waterstofperoksied genereer wanneer die vlak verhoog word of dit sterk belig word. Hierdie soort dosiskonteks word behandel in reaktiewe suurstofspesies in mitochondria.

Die eksperimente met geïsoleerde mitochondria het daarna die ROS-bronne van mekaar onderskei. In die teenwoordigheid van yster(II) het substrate wat kompleks I voed, saam met rotenoon, sonde-oksidasie gestimuleer. Rotenoon blokkeer die ketting stroomaf van die flavienplek, sodat stroomopdraers gereduseer bly en elektrone vanaf die matriksgerigte flavien na suurstof lek. Substrate wat kompleks III voed, saam met antimisien A, het groot hoeveelhede waterstofperoksied geproduseer, maar nie lipiedperoksidasie aangedryf nie. Dieselfde algehele ROS-sein, 'n ander ligging, 'n ander uitkoms. SkQ1 en metileenblou het elk die kompleks I-gedrewe peroksidasie onderdruk sonder om waterstofperoksiedproduksie self te onderdruk, wat hul werking ná ROS-vorming, by die lipiedperoksidasiestap, plaas.

Die ysteroorladingseksperimente en die lipofussienleidraad

'n Tweede studie het die vraag vanuit die ysterkant benader. H9c2-kardiomiosiete wat aan submillimolêre yster(III)-ammoniumsitraat blootgestel is, het mitochondriale ROS, mitochondriale lipiedperoksidasie en daarna ferroptose ontwikkel, gevolg deur ophoping van 'n lipofussienagtige pigment binne 24 uur. Lipofussien is die outofluoresserende, ysterbevattende oorblyfsel van geoksideerde lipiede en proteïene wat met ouderdom ophoop, en sy vinnige verskyning hier verbind akute ystergedrewe peroksidasie met 'n klassieke verouderingsmerker. Nanomolêre metileenblou en SkQ1 het elk die peroksidasie, die selsterfte en die pigmentophoping voorkom. Geïsoleerde hartmitochondria het die patroon bevestig: rotenoon plus yster(II) het peroksidasie en 'n pigmentagtige sein aangedryf, en albei middels het dit geblokkeer. Die volledige volgorde word gerapporteer in die ysteroorladingstudie in H9c2-kardiomiosiete. Die pigmentkant van die verhaal hoort by lipofussien en sellulêre verouderingsmerkers.

Wat seloorlewingstoetse nie toon nie

'n Lewensvatbaarheidstoets soos CellTiterBlue dui aan hoeveel selle in 'n kweekskottel metabolies aktief bly ná blootstelling aan 'n sneller plus 'n moontlike beskermende middel. Dit is 'n toets van 'n meganisme in 'n afgebakende stelsel. Dit is nie 'n behandelingsuitkoms nie. Geen van hierdie eksperimente het 'n dosis aan 'n pasiënt toegedien, 'n siekte-eindpunt gemeet of 'n terapeutiese venster in 'n liggaam vasgestel nie.

Vier beperkings moet uitdruklik gestel word. Eerstens is die reeks seltipes beperk: getransformeerde longfibroblaste, primêre velfibroblaste wat een lyn met 'n mitochondriale siekte insluit, en 'n rotkardiomiosietlyn, plus geïsoleerde rothartmitochondria. Sensitiwiteit het volgens lyn gewissel, en die LHON-lyn was doelbewus buitengewoon kwesbaar. Tweedens is die snellers uiterste laboratoriumtoestande: volledige blokkering van vervoer of sintese, en ysterladings waaraan geen weefsel akuut blootgestel sou word nie. Derdens kan konsentrasie nie deur vermenigvuldiging na 'n dosis omgeskakel word nie. Nanomolêre vlakke in kweekmedium is nie 'n menslike dosis nie, en metileenblou se verspreiding, reduksie na sy kleurlose vorm in bloed en weefsel, ligblootstelling en membraanpotensiaal staan alles tussen 'n kweekskottel en 'n mens. Vierdens rapporteer die sondes oor hul eie kompartement. MitoCLox-oksidasie toon dat mitochondriale lipiedradikale gevorm het; dit toon nie dat bars van die plasmamembraan, die waarskynlike finale gebeurtenis, direk voorkom is eerder as stroomop vermy is nie.

Die eerlike aanspraak is dus die volgende: in hierdie modelle dryf ROS afkomstig van kompleks I, saam met yster, mitochondriale lipiedperoksidasie aan wat ferroptose voorafgaan, en metileenblou onderbreek dié deel van die ketting by lae konsentrasies. Enigiets buite daardie deel vereis ander eksperimente in diere en daarna in mense.