ሜቲሊን ብሉ እና ፌሮፕቶሲስ፦ ብረት፣ የሊፒድ ፔሮክሲዴሽን እና የሕዋስ ሞት

ፌሮፕቶሲስ በሽፋን ጉዳት የሚከሰት የሕዋስ ሞት ነው። በሽፋኖች ውስጥ ያሉ ብዙ ድርብ ትስስሮች ያሏቸው ያልጠገቡ ስቦች በሰንሰለታዊ ምላሽ ኦክሲዴሽን ያጋጥማቸዋል፣ ሽፋኑ ተግባሩን ያጣል፣ ሕዋሱም ይሞታል። ለዚህ ኬሚካላዊ ሂደት ብረት ያስፈልጋል። ይህ አጭር መግለጫ ጽንሰ ሐሳቡን በሙሉ ይዟል፣ በዚህ ጽሑፍ ያለው ሁሉም ነገር የእሱን አንድ ክፍል የሚፈትሽ ነው።

እዚህ የሚነሳው ጥያቄ ይበልጥ የተወሰነ ነው፦ ሜቲሊን ብሉ በሕዋስ ሙከራዎች ውስጥ በዚህ ሰንሰለት ላይ ምን ያደርጋል፣ ውጤቱስ በእርግጥ ምን ያሳያል? አጭሩ መልስ፣ በሁለት የላቦራቶሪ ጥናቶች ውስጥ በናኖሞላር ክምችት ያለ ሜቲሊን ብሉ የማይቶኮንድሪያ ሊፒድ ፔሮክሲዴሽንን እንደቀነሰና፣ ያለ እሱ ፌሮፕቶሲስን ሊያስከትሉ ለሚችሉ አነሳሾች ከተጋለጡ በኋላ ሕዋሶችን በሕይወት እንዳቆየ ነው። ዝርዝሩ ግን ይበልጥ አስፈላጊ ነው፤ ምክንያቱም የሰንሰለቱ እያንዳንዱ አገናኝ በተለየ ጣልቃ ገብነት ተፈትሿል፣ እያንዳንዱ ጣልቃ ገብነትም የራሱ ገደቦች አሉት።

ፌሮፕቶሲስ በአንድ አንቀጽ

ብዙ ድርብ ትስስሮች ያሉት ያልጠገበ ፋቲ አሲድ ጅራት የተያያዘበት የሽፋን ፎስፎሊፒድ ደካማ ነጥብ አለው፦ በቀላሉ ሊነጠቁ የሚችሉ የሃይድሮጂን አተሞች። አንድ ራዲካል አንዱን ሲነጥቅ፣ ኦክሲጂን ከሊፒዱ ጋር ይጨመራል፣ የሊፒድ ፔሮክሲል ራዲካል ይፈጠራል፣ ያ ራዲካልም ከቀጣዩ ሊፒድ ሃይድሮጂን ይነጥቃል። የሚያስቆመው ነገር ከሌለ፣ ምላሹ በሽፋኑ ላይ እየተስፋፋ ይቀጥላል።

ዋናው ማቆሚያ GPX4 የተባለ ኢንዛይም ነው፤ ግሉታቲዮንን በመጠቀም የሊፒድ ፔሮክሳይዶችን በኬሚካላዊ ሪዳክሽን ወደ ጉዳት የማያደርሱ የሊፒድ አልኮሆሎች ይቀይራል። የላቦራቶሪ አነሳሾች ይህን መከላከያ በተወሰኑ ነጥቦች ላይ ያጠቃሉ። ኤራስቲን በሲስተም xc-minus በኩል ሲስቲን ወደ ሕዋስ መግባቱን ይገድባል፤ በዚህም ሕዋሱ ግሉታቲዮን ለማምረት የሚያስፈልገውን ሲስቴይን ያጣል። ቡቲዮኒን ሰልፎክሲሚን የግሉታቲዮን ምርትን በቀጥታ ይገድባል። RSL3 ደግሞ GPX4ን ራሱን ይገታል። ሦስቱም ፔሮክሳይዶች ሳይወገዱ እንዲቀሩ ያደርጋሉ፣ ግን ይህን የሚያደርጉት በተለያዩ ደረጃዎች ነው። ስለዚህ በአንድ አነሳሽ የተገኘ ውጤት ለሌሎቹ በቀጥታ አይጠቃለልም።

ፌሮፕቶሲስ ከአፖፕቶሲስ የሚለየው በመለያ ባህሪያቱ ነው። የካስፔዝ ሰንሰለታዊ ማንቃትም ሆነ አፖፕቶቲክ አካላት አይኖሩም። እንደ ዴፌሮክሳሚን ያሉ ብረትን የሚያስሩ ኬሌተሮች እና እንደ ፌሮስታቲን-1 ያሉ ራዲካሎችን የሚያጠምዱ ወኪሎች ፌሮፕቶሲስን ያፍናሉ። ተመራማሪዎች አንድን የሕዋስ ሞት በኔክሮሲስ ብቻ የተከሰተ ሳይሆን በፌሮፕቶሲስ የተከሰተ ብለው ለመለየት የሚጠቀሙበት ተግባራዊ ፈተና ይህ ነው። የቁጥጥር ሥር ያሉ የሕዋስ ሞት መንገዶችን በሰፊው መመልከት ይህን ልዩነት በዐውዱ ውስጥ ያስቀምጣል፤ ሕዋሶች በቀላሉ ለምላሽ የሚገኝን ብረት እንዴት እንደሚያስተናግዱ ማወቅ ደግሞ ኬሌሽን ለምን ወሳኝ የቁጥጥር ሙከራ እንደሆነ ያብራራል።

ማይቶኮንድሪያ የት ይገባል፣ ይህስ ለምን አከራካሪ ነበር?

ቀደምት ጥናቶች የማይቶኮንድሪያ DNA የሌላቸው ሕዋሶችም ፌሮፕቶሲስ እንደሚያጋጥማቸው ዘግበዋል፤ ይህም ማይቶኮንድሪያ የግድ አስፈላጊ ላይሆን እንደሚችል ጠቁሟል። በኋላ የተደረጉ ጥናቶች ግን ማይቶኮንድሪያን ማሳነስ ወይም የሕዋስ መተንፈስን መገደብ በሲስቴይን እጥረት የሚነሳን ፌሮፕቶሲስ ሊያፍን እንደሚችል፣ GPX4ን በቀጥታ በመገታት የሚነሳውን ግን እንደማያፍን አግኝተዋል። የማይቶኮንድሪያ አስተዋጽኦ በአነሳሹ፣ በሕዋሱ ዓይነት እና ወሳኙ ፔሮክሲዴሽን በሚከሰትበት ቦታ ላይ የሚመሠረት ከሆነ፣ ሁለቱም ውጤቶች እውነት ሊሆኑ ይችላሉ።

ይህ ጽሑፍ የሚመሠረትበት ጥናት አከራካሪውን ጉዳይ በሕዋሱ ውስጥ ለተወሰነ ክፍል ብቻ በሚሠራ መለኪያ መርምሯል። MitoCLox ማይቶኮንድሪያን የሚያነጣጥር የሊፒድ ፔሮክሲዴሽን አመልካች ነው፤ በማይቶኮንድሪያ ውስጥ ከሊፒድ ፔሮክሲል ራዲካሎች ጋር ሲገናኝ ፍሎረሰንሱን ይቀይራል። በኤራስቲን በተያዙ ፋይብሮብላስቶች ውስጥ፣ የማይቶኮንድሪያ መለኪያው ኦክሲዴሽን ሕዋሶቹ ገና በሕይወት እያሉ፣ ከሞት በፊት ታይቷል፤ በሕዋሶቹ መካከልም ወጥ አልነበረም። ይህ የጊዜ ቅደም ተከተል አስፈላጊ ነው። ከሞት በፊት የሚከሰት ፔሮክሲዴሽን የሞቱ ምክንያት ሊሆን ይችላል። በሞቱ ሕዋሶች ውስጥ ብቻ የሚለካ ፔሮክሲዴሽን ግን የጉዳቱ ቅሪት ነው። ስለ የሊፒድ ፔሮክሲዴሽን ምርመራዎች እና እያንዳንዱ መለኪያ ስለሚያመለክተው ነገር የሚያብራራው ተጓዳኝ መመሪያ፣ የመለኪያው ቦታ የምልክቱን ትርጉም ለምን እንደሚወስን ይወያያል።

ተመሳሳይ ሁኔታ በሁለተኛ ሞዴልም ታይቷል። የሌበር ውርሳዊ የእይታ ነርቭ ሕመም ካለበት ታካሚ የተወሰዱ ፋይብሮብላስቶች፣ በኮምፕሌክስ I ላይ የጂን ለውጥ እና ከፍ ያለ መነሻ ኦክሲዴቲቭ ጭነት ያላቸው ሲሆን፣ ግሉታቲዮን ሲሟጠጥ በፌሮፕቶሲስ ሞተዋል። የቁጥጥር ፋይብሮብላስቶች ግን ተቋቁመዋል። እዚህም የማይቶኮንድሪያ መለኪያው ኦክሲዴሽን ቀድሞ ታይቷል። ዝርዝሮቹ በፌሮፕቶሲስ ውስጥ ስለማይቶኮንድሪያ ሊፒድ ፔሮክሲዴሽን በፋይብሮብላስቶች በተደረገው ጥናት ውስጥ ይገኛሉ።

ሜቲሊን ብሉ በእነዚህ ሙከራዎች ምን ቀየረ?

ሜቲሊን ብሉ የሬዶክስ ተሸካሚ ነው። ኦክሲዴሽን የተደረገበት ቅርጹ በኮምፕሌክስ I ካለው ከNADH ጋር የተያያዘ ኬሚካላዊ ሂደት ኤሌክትሮኖችን ይቀበላል፤ ሪዳክሽን የተደረገበት ቅርጹ ደግሞ ኤሌክትሮኖቹን ለሳይቶክሮም c ይሰጣል፣ እሱም ወደ ኮምፕሌክስ IV ያስተላልፋቸዋል። ይህ ኤሌክትሮኖች በተለምዶ ወደ ኦክሲጂን እየፈሰሱ ሱፐርኦክሳይድ በሚፈጥሩበት የሰንሰለቱ ክፍል ዙሪያ ከፊል አማራጭ መንገድ ይፈጥራል። የማስተላለፉን ሂደት በሙሉ ማወቅ የሚፈልጉ አንባቢዎች ሜቲሊን ብሉ ኤሌክትሮኖችን በማይቶኮንድሪያ በኩል እንዴት እንደሚያንቀሳቅስ ከሚያብራራው ጽሑፍ መጀመር ይችላሉ።

በኤራስቲን በተያዙ የሳንባ ፋይብሮብላስቶች ውስጥ፣ በ250 ናኖሞላር ክምችት ያለ ሜቲሊን ብሉ፣ ማይቶኮንድሪያን ከሚያነጣጥሩት ፀረ-ኦክሲዳንቶች SkQ1 እና MitoTEMPO ጋር በመሆን፣ በሕዋስ መትረፍ መለኪያ ላይ ሕያውነትን ጠብቋል። የቁጥጥር ሙከራዎቹ የመደምደሚያውን ወሰን ይወስናሉ። ፌሮስታቲን-1፣ አልፋ-ቶኮፌሮል እና ዴፌሮክሳሚንም ጥበቃ ሰጥተዋል፤ ይህም ሞቱ በፌሮፕቶሲስ የተከሰተ መሆኑን ያረጋግጣል። የፀረ-ኦክሲዳንት ቡድን የሌለው የSkQ1 አናሎግ ግን ጥበቃ አልሰጠም፤ ይህም ውጤቱ ያለ ተለይቶ የታወቀ ተግባር ከሚከሰት ክምችት ይልቅ ከሬዶክስ ኬሚስትሪ ጋር እንደሚያያዝ ያመለክታል። የSkQ1 ክምችት በግምት ከ200 ናኖሞላር በላይ ሲሆን ጥበቃው ቀንሷል። ይህም የኪኖን ፀረ-ኦክሲዳንቶች በከፍተኛ ክምችት ኦክሲዴሽንን የማበረታታት የታወቀ ባህሪ ጋር ይስማማል። ሜቲሊን ብሉም በክምችቱ መጠን የሚለወጥ ይህን ባለሁለት ገጽታ ባህሪ አለው፤ በእነዚህ የሕዋስ ማሳደጊያ ሳህኖች ውስጥ በዝቅተኛ ናኖሞላር ክምችት ጥበቃ ይሰጣል፣ ክምችቱ ከፍ ሲል ወይም ለጠንካራ ብርሃን ሲጋለጥ ግን በሬዶክስ ዑደት ሃይድሮጂን ፔሮክሳይድ ሊያመነጭ ይችላል። ይህ ዓይነቱ ከመጠን ጋር የተያያዘ ዐውድ በማይቶኮንድሪያ ውስጥ ስላሉ ምላሽ ሰጪ የኦክሲጂን ዝርያዎች በሚያብራራው ጽሑፍ ይዳሰሳል።

ከዚያ በተነጠሉ ማይቶኮንድሪያዎች የተደረጉ ሙከራዎች የROS ምንጮችን ለይተዋል። ፌረስ ብረት ባለበት ሁኔታ፣ ኮምፕሌክስ Iን የሚመግቡ ሰብስትሬቶች ከሮቴኖን ጋር የመለኪያውን ኦክሲዴሽን አነቃቅተዋል። ሮቴኖን ከፍላቪን ቦታ በኋላ ያለውን ሂደት ይገድባል፤ ስለዚህ ከዚያ በፊት ያሉ ተሸካሚዎች ሪዳክሽን በተደረገበት ሁኔታ ይቆያሉ፣ ወደ ማትሪክስ ከሚመለከተው ፍላቪንም ኤሌክትሮኖች ወደ ኦክሲጂን ይፈሳሉ። ኮምፕሌክስ IIIን የሚመግቡ ሰብስትሬቶች ከአንቲማይሲን A ጋር ብዙ ሃይድሮጂን ፔሮክሳይድ አመንጭተዋል፣ ነገር ግን የሊፒድ ፔሮክሲዴሽንን አላስከተሉም። ተመሳሳይ አጠቃላይ የROS ምልክት፣ የተለየ ቦታ፣ የተለየ ውጤት። SkQ1 እና ሜቲሊን ብሉ እያንዳንዳቸው የሃይድሮጂን ፔሮክሳይድ ምርትን ሳያፍኑ በኮምፕሌክስ I የሚነሳውን ፔሮክሲዴሽን አፍነዋል። ይህም ተግባራቸው ROS ከተፈጠሩ በኋላ፣ በሊፒድ ፔሮክሲዴሽን ደረጃ ላይ እንዳለ ያሳያል።

የብረት መብዛት የሙከራ ክፍል እና የሊፖፉሲን ፍንጭ

ሁለተኛ ጥናት ጥያቄውን ከብረት ጎን መርምሯል። ከሚሊሞላር በታች በሆነ ክምችት ላለ ፌሪክ አሞኒየም ሲትሬት የተጋለጡ H9c2 የልብ ጡንቻ ሕዋሶች የማይቶኮንድሪያ ROS፣ የማይቶኮንድሪያ ሊፒድ ፔሮክሲዴሽን፣ ከዚያም ፌሮፕቶሲስ አሳይተዋል። ይህን ተከትሎ በ24 ሰዓታት ውስጥ ሊፖፉሲንን የሚመስል ቀለማዊ ንጥረ ነገር ተከማችቷል። ሊፖፉሲን ዕድሜ እየጨመረ ሲሄድ የሚከማች፣ በራሱ ፍሎረሰንስ የሚያሳይ እና ብረት የያዘ የኦክሲዴሽን ለውጥ ያጋጠማቸው ሊፒዶችና ፕሮቲኖች ቅሪት ነው። እዚህ በፍጥነት መታየቱ፣ በብረት የሚነሳን አጣዳፊ ፔሮክሲዴሽን ከአንድ የታወቀ የእርጅና አመልካች ጋር ያገናኛል። በናኖሞላር ክምችት ያሉ ሜቲሊን ብሉ እና SkQ1 እያንዳንዳቸው ፔሮክሲዴሽኑን፣ ሞቱን እና የቀለማዊውን ንጥረ ነገር ክምችት አስቀርተዋል። የተነጠሉ የልብ ማይቶኮንድሪያዎችም ይህን ሁኔታ አረጋግጠዋል፦ ሮቴኖን ከፌረስ ብረት ጋር ፔሮክሲዴሽንን እና የቀለማዊ ንጥረ ነገር መሰል ምልክትን አስከትሏል፣ ሁለቱም ወኪሎች ደግሞ ይህን ገድበዋል። ሙሉ ቅደም ተከተሉ በH9c2 የልብ ጡንቻ ሕዋሶች ውስጥ ስለብረት መብዛት በተደረገው ጥናት ተዘግቧል። የቀለማዊው ንጥረ ነገር ጉዳይ ከሊፖፉሲን እና የሕዋስ እርጅና አመልካቾች ጋር አብሮ የሚታይ ነው።

የሕዋስ መትረፍ ምርመራዎች የማያሳዩት

እንደ CellTiterBlue ያለ የሕያውነት መለኪያ፣ አነሳሽ እና ጥበቃ ሊሰጥ ይችላል ተብሎ የሚፈተን ንጥረ ነገር ከተጨመሩ በኋላ፣ በማሳደጊያ ሳህን ውስጥ ስንት ሕዋሶች በሜታቦሊዝም ንቁ ሆነው እንደሚቀሩ ያመለክታል። ይህ በተወሰነ ሥርዓት ውስጥ አንድን የአሠራር ዘዴ የሚፈትሽ ሙከራ ነው። የሕክምና ውጤት አይደለም። ከእነዚህ ሙከራዎች አንዱም ለታካሚ ንጥረ ነገሩን አልሰጠም፣ የበሽታ ውጤት መለኪያ አልለካም፣ ወይም በሰውነት ውስጥ የሕክምና አጠቃቀም መጠን ክልል አላረጋገጠም።

አራት ገደቦች በግልጽ መጠቀስ አለባቸው። በመጀመሪያ፣ የሕዋስ ዓይነቶቹ የተወሰኑ ናቸው፦ ትራንስፎርሜሽን የተደረገባቸው የሳንባ ፋይብሮብላስቶች፣ አንድ የማይቶኮንድሪያ በሽታ ያለበትን የሕዋስ መስመር ጨምሮ ቀጥታ ከቆዳ የተወሰዱ ፋይብሮብላስቶች፣ አንድ የአይጥ የልብ ጡንቻ ሕዋስ መስመር፣ እንዲሁም የተነጠሉ የአይጥ ልብ ማይቶኮንድሪያዎች። ተጋላጭነት እንደ ሕዋስ መስመሩ ይለያይ ነበር፣ የLHON መስመሩም በሙከራው ንድፍ መሠረት ከተለመደው በላይ ተጋላጭ ነበር። ሁለተኛ፣ አነሳሾቹ የላቦራቶሪ ጽንፍ ሁኔታዎች ናቸው፦ ማጓጓዝን ወይም ምርትን ሙሉ በሙሉ መገደብ፣ እና ማንኛውም ቲሹ በአጭር ጊዜ ውስጥ የማይጋለጥለት የብረት ጭነት። ሦስተኛ፣ ክምችትን በቀላሉ በማባዛት ወደ ሌላ ሁኔታ ማዛወር አይቻልም። በሕዋስ ማሳደጊያ ፈሳሽ ውስጥ ያለ ናኖሞላር ክምችት ለሰው የሚሰጥ መጠን አይደለም። የሜቲሊን ብሉ ስርጭት፣ በደምና በቲሹ ውስጥ በሪዳክሽን ወደ ቀለም አልባ ቅርጹ መቀየሩ፣ ለብርሃን መጋለጥ እና የሽፋን የኤሌክትሪክ እምቅ ልዩነት፣ ሁሉም በማሳደጊያ ሳህንና በሰው መካከል ያሉ ሁኔታዎች ናቸው። አራተኛ፣ መለኪያዎቹ የሚያመለክቱት የራሳቸውን ክፍል ሁኔታ ነው። የMitoCLox ኦክሲዴሽን በማይቶኮንድሪያ ውስጥ የሊፒድ ራዲካሎች መፈጠራቸውን ያሳያል። ምናልባት የመጨረሻው ክስተት የሆነው የፕላዝማ ሽፋን መቀደድ፣ ከእሱ በፊት ባሉ ደረጃዎች እንዲቀር ከመደረጉ ይልቅ በቀጥታ እንደተከለከለ ግን አያሳይም።

ስለዚህ ማስረጃው የሚደግፈው መደምደሚያ ይህ ነው፦ በእነዚህ ሞዴሎች ውስጥ፣ ከኮምፕሌክስ I የሚመነጩ ROS ከብረት ጋር በመሆን ከፌሮፕቶሲስ በፊት የሚከሰት የማይቶኮንድሪያ ሊፒድ ፔሮክሲዴሽንን ያስከትላሉ፣ ሜቲሊን ብሉም በዝቅተኛ ክምችት ያንን የሂደቱን ክፍል ያቋርጣል። ከዚያ ክፍል በላይ የሚሄድ ማንኛውም መደምደሚያ መጀመሪያ በእንስሳት፣ ከዚያም በሰዎች የሚደረጉ የተለዩ ሙከራዎችን ይፈልጋል።