Metileenblou en progerie: lesse uit 'n sellulêre verouderingsmodel

'n Verandering van 'n enkele letter in een geen laat kinders teen 'n skrikwekkende tempo verouder. Haarverlies, stywe gewrigte, vernoude slagare en 'n lewensverwagting wat slegs tot die tienerjare strek. Dié siekte is Hutchinson-Gilford-progeriesindroom, en navorsing daaroor het jare lank op die selkern gefokus, waar die mutante proteïen skade aanrig. 'n Studie van die Universiteit van Maryland uit 2016 het 'n ander vraag gevra: hoe lyk die mitochondria in hierdie selle? Die antwoord het twee kompartemente van die sel met mekaar verbind, en 'n eeu oue blou kleurstof het albei beïnvloed.

Die studie is deur Xiong en kollegas gedoen en in Aging Cell in 2016 gepubliseer. Dit het uitsluitlik met gekweekte selle gewerk. Dié feit bepaal hoe alles hieronder verstaan moet word. Die bevindings is eg en spesifiek. Die afstand tussen dié bevindings en enige behandeling is net so duidelik.

Die model: een mutasie, een klewerige proteïen

Progerie begin met 'n C-na-T-substitusie by posisie 1824 van die LMNA-geen. Die verandering verander nie 'n aminosuur nie. Dit aktiveer 'n versteekte splitsingsplek, wat 50 aminosure uit die lamien A-proteïen verwyder. Die verkorte produk, genaamd progerien, verloor die knipplek wat die sel normaalweg sou toelaat om sy farnesielanker te verwyder. Progerien bly dus permanent gefarnesileer en aan die binneste kernmembraan vasgeheg, waar normale lamien A afwisselend sou heg en loskom.

Die gevolge in die selkern is goed gedokumenteer en onder 'n mikroskoop sigbaar. Selkerne vorm uitstulpings en plooie in plaas daarvan om 'n gladde ovaalvorm te behou. Heterochromatien, die dig verpakte, onaktiewe DNA wat normaalweg die kernrand omsoom, word yler. Duisende gene se uitdrukking verander. Dink aan die kernlamina as 'n raamwerk agter muurpapier: wanneer een stuk van die raamwerk in die verkeerde posisie vasgesweis word, bult die muur uit en vervorm die patroon op die muurpapier regdeur die vertrek.

Die studie het velfibroblaste van progeriepasiënte gebruik saam met kontroleselle met dieselfde aantal selkweekpassasies, asook 'n tweede sellyn wat aangepas is sodat normale fibroblaste progerien direk vervaardig. Die aangepaste selle het dieselfde defekte ontwikkel, wat progerien as die oorsaak uitwys eerder as die pasiënte se geskiedenis of die tyd in selkweek. Die erns het met die hoeveelheid toegeneem: die sellyn wat meer progerien uitgedruk het, het deurgaans erger defekte getoon.

Hoe die mitochondria gelyk het

Mitochondria in gesonde fibroblaste vorm 'n vertakkende netwerk rondom die selkern, met lang buisies wat langs bane van die selskelet beweeg. In die progeriesellyne was daardie netwerk weg. 'n Groter deel van die mitochondria was gefragmenteer, baie was opgeswel, en elektronmikroskopie het 'n ongeveer tweevoudige toename in ernstig beskadigde organelle getoon. Tydsverloopbeelding het gewys dat hulle korter afstande teen laer snelhede as die kontroles beweeg.

Funksie het die vormverandering weerspieël. Mitochondriale superoksied en oksidantvlakke in die hele sel het gestyg. Meer selle het 'n versteurde membraanpotensiaal getoon. ATP-produksie het afgeneem. Op sigself is niks hiervan verrassend nie, aangesien beskadigde mitochondria reaktiewe suurstofspesies laat uitlek en minder energie vervaardig. Wat nuut was, was die voorgestelde oorsaak. PGC-1alpha, die transkripsionele koaktiveerder wat mitochondriale biogenese aandryf deur stroomafwaartse faktore soos NRF1, TFAM en die samesmeltings- en verdelingsreguleerders MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 en DRP1, is op mRNA-vlak ongeveer agtvoudig in progerieselle onderdruk, met 'n ooreenstemmende verlies aan proteïen. Dit het gelyk asof progerien die hoofskakelaar vir die vervaardiging en instandhouding van mitochondria onderdruk. Daardie verband tussen skade aan die kernlamina en energiemetabolisme vorm deel van die breër uiteensetting van mitochondriale energieproduksie, en die oksidantkant van dieselfde balans word in oksidatiewe stres en die beheer van reaktiewe suurstofspesies (ROS) behandel.

Wat metileenblou verander het

Die navorsers het selle weke lank deurlopend met 100 nanomolar metileenblou, 'n lae konsentrasie, behandel. In selkweekterme is dit 'n lang blootstelling met lae intensiteit, nie 'n kort middeltoediening nie. Metileenblou wissel tussen geoksideerde en gereduseerde vorme en kan elektrone binne mitochondria dra. Daarom word dit beskryf as 'n redoksverbinding wat op mitochondria gerig is, eerder as 'n gewone antioksidant wat verbruik word wanneer dit een oksidant neutraliseer.

Mitochondria het in sowel normale as progerieselle gereageer. ATP het gestyg, oksidantvlakke het gedaal en die aandeel ernstig defektiewe mitochondria het gekrimp. PGC-1alpha-uitdrukking het gedeeltelik herstel, saam met sommige van sy stroomafwaartse teikens. Tot hier is dit 'n algemene ondersteunende effek op mitochondria, nie iets spesifieks aan progerie nie.

Die kernresultate was die verrassing, en hulle was spesifiek aan die siek selle. Kwantitatiewe vormontleding het getoon dat kernuitstulpings afgeneem het. Die totale hoeveelhede lamiene A en C het gestyg. Die opvallendste was dat progerien herverdeel het: in onbehandelde progerieselle was slegs ongeveer 30 persent van die progerien in die oplosbare nukleoplasmiese fraksie, met die res aan die membraan geanker. Ná behandeling het die oplosbare aandeel tot ongeveer 65 persent gestyg, naby die normale gedrag van lamiene. Wanneer progerien van die membraan bevry word, sleep dit minder van sy bure saam, en die oplosbare fraksies van lamiene A en C het ook herstel.

As gevolg van daardie vrystelling het twee kernfenotipes verbeter. Heterochromatien rondom die kernrand, ondersoek met elektronmikroskopie en deur kleuring vir die heterochromatienproteïen HP1-alpha, is sigbaar herstel. RNA-volgordebepaling het ook getoon dat die transkriptoom weer nader aan normaal beweeg: onbehandelde progerieselle het by meer as 3,200 gene van kontroles verskil, terwyl behandelde progerieselle by ongeveer 1,670 verskil het. In normale selle het dieselfde behandeling slegs 'n paar dosyn gene verander, wat daarop dui dat die kerneffek aan progerien gekoppel is eerder as aan 'n algemene versteuring van transkripsie. Die beginsel dat sel- en diermodelle enger vrae beantwoord as wat hul opskrifte laat vermoed, word verduidelik in hoe om navorsing oor metileenblou te lees.

Waarom dit nie 'n behandeling is nie

Vier beperkings hou hierdie studie waar dit hoort: binne die laboratorium.

Eerstens het alles in kweekskaaltjies plaasgevind. Fibroblaste in selkweek het nie 'n bloedtoevoer, immuunkonteks, weefselstruktuur of die farmakologie van die hele liggaam wat bepaal of 'n verbinding enigsins 'n teiken bereik nie. In hierdie studie is geen dier 'n dosis toegedien nie en geen pasiënt behandel nie.

Tweedens is progeriefibroblaste 'n model van een seltipe. Die siekte veroorsaak die dood hoofsaaklik deur sy uitwerking op slagare, been en vet, en die studie het slegs fibroblaste en een gladdespierpreparaat ondersoek. Ander weefsels kan anders reageer.

Derdens het die kernherstel voortgespruit uit weke se deurlopende blootstelling aan nanomolar-konsentrasies in kweekmedium. Konsentrasies in kweekskaaltjies is nie dosisse nie, en niks in die artikel skakel 100 nanomolar in medium om na 'n toedieningsregime vir mense nie. Metileenblou het sy eie dosisrespons en veiligheidsprofiel elders in die geneeskunde, en hierdie studie bied geen grondslag vir tuisgebruik nie. Algemene veiligheidskonteks word behandel in metileenblou se veiligheid en newe-effekte.

Vierdens is progerie nie normale veroudering nie. Dit is 'n seldsame siekte wat deur 'n enkele mutasie veroorsaak word en waarin die kernraamwerk op 'n bepaalde manier beskadig word. 'n Verbinding wat daardie spesifieke skade in gekweekte selle verminder, sê min oor veroudering by mense sonder die mutasie. Die selfenotipe bied insig in die wisselwerking tussen die selkern en mitochondria, nie 'n bevinding oor langer lewensduur nie.

Die billike opsomming is dus voorwaardelik. In progeriefibroblaste onderdruk progerien PGC-1alpha en laat dit mitochondria gefragmenteer, traag, met hoë oksidantvlakke en min energie. Metileenblou teen 'n lae konsentrasie het mitochondriale metings in alle selle herstel en boonop progerien van die kernmembraan in siek selle losgemaak, met gedeeltelike herstel van kernvorm, heterochromatien en geenuitdrukking. Dié dubbele werking maak die studie die moeite werd om van kennis te neem. Dit maak metileenblou nie 'n terapie vir progerie of veroudering nie.