Metilen mavisi və progeriya: hüceyrə qocalması modelindən öyrənilənlər

Bir gendə tək hərfin dəyişməsi uşaqların dəhşətli sürətlə qocalmasına səbəb olur. Saç tökülməsi, oynaq sərtliyi, arteriyaların daralması və yeniyetməlik illəri ilə məhdudlaşan gözlənilən ömür müddəti. Bu xəstəlik Hatçinson–Gilford progeriya sindromudur və illər boyu onun tədqiqi mutant zülalın zərər verdiyi nüvəyə yönəlmişdi. Merilend Universitetində 2016-cı ildə aparılan bir tədqiqat fərqli sual verdi: bu hüceyrələrdə mitoxondrilər necə görünür? Cavab hüceyrənin iki bölməsi arasında əlaqə yaratdı və yüzillik tarixi olan mavi boya hər ikisinə təsir göstərdi.

Söhbət Xiong və həmkarlarının 2016-cı ildə Aging Cell jurnalında dərc olunan tədqiqatından gedir. İş tamamilə kulturada yetişdirilən hüceyrələrlə aparılıb. Aşağıdakı bütün izahlar bu fakt çərçivəsində başa düşülməlidir. Nəticələr real və konkretdir. Onların hər hansı müalicədən nə qədər uzaq olduğu da eyni dərəcədə konkretdir.

Model: bir mutasiya, bir yapışqan zülal

Progeriya LMNA geninin 1824-cü mövqeyində C-nin T ilə əvəzlənməsi ilə başlayır. Bu dəyişiklik amin turşusunu dəyişmir. O, gizli bir splaysinq sahəsini aktivləşdirir və nəticədə lamin A zülalından 50 amin turşusu silinir. Progerin adlanan qısalmış məhsul hüceyrənin normal halda onun farnesil lövbərini çıxarmasına imkan verən parçalanma sahəsini itirir. Buna görə progerin daimi olaraq farnesilləşmiş vəziyyətdə qalır və daxili nüvə membranına yapışır; normal lamin A isə bu membrana növbə ilə bağlanıb ayrılardı.

Nüvədəki nəticələr yaxşı sənədləşdirilib və mikroskop altında görünür. Nüvələr hamar oval formasını saxlamaq əvəzinə qabarcıqlı çıxıntılar əmələ gətirir və qırışır. Normal halda nüvənin kənarı boyunca yerləşən, sıx qablaşdırılmış və fəaliyyətsiz DNT olan heteroxromatin seyrəkləşir. Minlərlə genin ekspressiyası dəyişir. Nüvə laminasını divar kağızının arxasındakı dayaq karkası kimi təsəvvür edin: karkasın bir hissəsi yanlış mövqedə qaynaqlandıqda divar qabarır və kağızın naxışı bütün otaq boyunca təhrif olunur.

Tədqiqatda progeriya xəstələrindən alınmış dəri fibroblastları, onlarla eyni passaj sayına malik nəzarət hüceyrələri və normal fibroblastların birbaşa progerin istehsal etməsi üçün hazırlanmış ikinci hüceyrə xətti istifadə edildi. Dəyişdirilmiş hüceyrələrdə eyni qüsurlar yarandı; bu da səbəbin xəstələrin anamnezi və ya kulturada keçirdikləri vaxt deyil, progerin olduğunu göstərir. Qüsurların ağırlığı dozadan asılı idi: daha çox progerin ifadə edən hüceyrə xəttində bütün göstəricilər üzrə daha ağır qüsurlar müşahidə olundu.

Mitoxondrilər necə görünürdü

Sağlam fibroblastların mitoxondriləri nüvə ətrafında şaxələnən şəbəkə — sitoskelet yolları boyunca hərəkət edən uzun borucuqlar — əmələ gətirir. Progeriya hüceyrə xətlərində bu şəbəkə yox olmuşdu. Mitoxondrilərin daha böyük hissəsi parçalanmışdı, bir çoxu şişmişdi və elektron mikroskopiyası ciddi zədələnmiş orqanoidlərin təxminən ikiqat artdığını göstərdi. Zaman intervalları ilə çəkilən görüntülər onların nəzarət hüceyrələrindəki mitoxondrilərlə müqayisədə daha qısa məsafələrə və daha aşağı sürətlə hərəkət etdiyini göstərdi.

Funksiya da formaya uyğun dəyişmişdi. Mitoxondrial superoksid və bütöv hüceyrə üzrə oksidant səviyyələri artmışdı. Daha çox hüceyrədə membran potensialının pozulması müşahidə olunurdu. ATP istehsalı azalmışdı. Ayrı-ayrılıqda bunların heç biri təəccüblü deyil, çünki zədələnmiş mitoxondrilər reaktiv oksigen növlərini sızdırır və daha az enerji istehsal edir. Yenilik təklif olunan səbəbdə idi. NRF1, TFAM və birləşmə ilə bölünmə tənzimləyiciləri olan MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 və DRP1 kimi aşağı axın amilləri vasitəsilə mitoxondrial biogenezi idarə edən transkripsiya koaktivatoru PGC-1alpha progeriya hüceyrələrində mRNA səviyyəsində təxminən səkkiz dəfə azalmışdı; zülal səviyyəsi də buna uyğun aşağı düşmüşdü. Görünürdü ki, progerin mitoxondrilərin yaranmasını və saxlanmasını idarə edən əsas açarı zəiflədir. Nüvə laminasının zədələnməsi ilə enerji metabolizmi arasındakı bu əlaqə mitoxondrial enerji istehsalının daha geniş izahının bir hissəsidir; eyni tarazlığın oksidant tərəfi isə oksidativ stress və ROS nəzarəti mövzusunda nəzərdən keçirilir.

Metilen mavisi nəyi dəyişdi

Tədqiqatçılar hüceyrələrə həftələr boyu fasiləsiz olaraq aşağı konsentrasiya sayılan 100 nanomolar metilen mavisi tətbiq etdilər. Hüceyrə kulturası baxımından bu, dərmanın qısa müddətli tətbiqi deyil, uzunmüddətli və zəif təsirli məruzqalma deməkdir. Metilen mavisi oksidləşmiş və reduksiya olunmuş formalar arasında dövr edir və mitoxondrilərin daxilində elektronları daşıya bilir. Buna görə o, bir oksidantı neytrallaşdırarkən sərf olunan adi antioksidant deyil, mitoxondriləri hədəfləyən redoks birləşməsi kimi təsvir olunur.

Mitoxondrilər həm normal, həm də progeriya hüceyrələrində cavab verdi. ATP artdı, oksidant səviyyələri azaldı və ciddi qüsurlu mitoxondrilərin payı kiçildi. PGC-1alpha ekspressiyası və onun bəzi aşağı axın hədəfləri qismən bərpa olundu. Buraya qədər müşahidə edilənlər progeriyaya xas deyil, mitoxondriləri dəstəkləyən ümumi təsirdir.

Təəccüblü olan nüvə ilə bağlı nəticələr idi və onlar məhz xəstə hüceyrələrə xas idi. Formanın kəmiyyət təhlili nüvədəki qabarcıqlı çıxıntıların azaldığını göstərdi. A və C laminlərinin ümumi miqdarı artdı. Ən diqqətçəkən dəyişiklik progerinin yenidən paylanması idi: təsirə məruz qalmamış progeriya hüceyrələrində progerinin yalnız təxminən 30 faizi həll olan nukleoplazmik fraksiyada yerləşirdi, qalan hissəsi isə membrana bərkimişdi. Tətbiqdən sonra həll olan hissənin payı təxminən 65 faizə yüksəldi və normal lamin davranışına yaxınlaşdı. Membrandan azad olan progerin qonşu zülalların daha az hissəsini özü ilə çəkir və A və C laminlərinin həll olan fraksiyaları da bərpa olundu.

Bu ayrılmanın ardınca iki nüvə fenotipində yaxşılaşma müşahidə edildi. Elektron mikroskopiyası və heteroxromatin zülalı HP1-alpha üçün boyama ilə yoxlanılan nüvəətrafı heteroxromatin nəzərəçarpacaq dərəcədə bərpa olundu. RNA sekvenslənməsi isə transkriptomun normal vəziyyətə doğru qayıtdığını göstərdi: təsirə məruz qalmamış progeriya hüceyrələri nəzarət hüceyrələrindən 3,200-dən çox gen üzrə fərqlənirdisə, təsirə məruz qalmış progeriya hüceyrələri təxminən 1,670 gen üzrə fərqlənirdi. Normal hüceyrələrdə eyni tətbiq yalnız bir neçə onlarla geni dəyişdirdi. Bu, nüvə təsirinin ümumi transkripsiya təkanından deyil, progerindən qaynaqlandığını göstərir. Hüceyrə və heyvan modellərinin başlıqların düşündürdüyündən daha dar suallara cavab verdiyi prinsipi metilen mavisi tədqiqatlarını necə oxumalı məqaləsində izah olunur.

Bu niyə müalicə deyil

Dörd məhdudiyyət bu tədqiqatı aid olduğu yerdə — laboratoriyada — saxlayır.

Birincisi, hər şey laboratoriya qablarında baş verdi. Kulturadakı fibroblastlarda qan təchizatı, immun mühit, toxuma quruluşu və birləşmənin ümumiyyətlə hədəfə çatıb-çatmadığını müəyyən edən bütöv orqanizm farmakologiyası yoxdur. Bu məqalə çərçivəsində heç bir heyvana doza verilməyib və heç bir xəstə müalicə edilməyib.

İkincisi, progeriya fibroblastları yalnız bir hüceyrə tipinin modelidir. Xəstəlik əsasən arteriyalar, sümüklər və piy toxumasının zədələnməsi vasitəsilə ölümə səbəb olur, tədqiqat isə yalnız fibroblastları və bir hamar əzələ preparatını yoxlayıb. Digər toxumalar fərqli davrana bilər.

Üçüncüsü, nüvənin bərpası kultura mühitində həftələrlə davam edən fasiləsiz nanomolar məruzqalma nəticəsində baş verdi. Laboratoriya qabındakı konsentrasiyalar doza deyil və məqalədə mühitdəki 100 nanomolar konsentrasiyanı insan üçün tətbiq rejiminə çevirən heç bir məlumat yoxdur. Metilen mavisinin tibbin digər sahələrində özünəməxsus doza–cavab əlaqəsi və təhlükəsizlik profili var və bu tədqiqat evdə istifadə üçün heç bir əsas vermir. Ümumi təhlükəsizlik konteksti metilen mavisinin təhlükəsizliyi və yan təsirləri məqaləsində verilir.

Dördüncüsü, progeriya normal qocalma deyil. Bu, nüvənin dayaq karkasının xüsusi şəkildə pozulduğu, bir mutasiya ilə bağlı nadir xəstəlikdir. Kulturada yetişdirilən hüceyrələrdə bu konkret pozulmanı azaldan birləşmə həmin mutasiyası olmayan insanlarda qocalma haqqında çox az şey deyir. Hüceyrə fenotipi nüvə ilə mitoxondrilər arasındakı qarşılıqlı əlaqəyə açılan pəncərədir, uzunömürlülük nəticəsi deyil.

Buna görə düzgün yekun yalnız müəyyən şərtlər daxilində keçərlidir. Progeriya fibroblastlarında progerin PGC-1alpha-nı zəiflədir və nəticədə mitoxondrilər parçalanmış, ləng, oksidantlarla yüklənmiş və enerji baxımından zəif vəziyyətdə qalır. Aşağı konsentrasiyalı metilen mavisi bütün hüceyrələrdə mitoxondrial göstəriciləri bərpa etdi və əlavə olaraq xəstə hüceyrələrdə progerini nüvə membranından ayırdı; bununla yanaşı nüvənin forması, heteroxromatin və gen ekspressiyası qismən bərpa olundu. Bu ikili təsir tədqiqatı öyrənməyə dəyər edir. Lakin bu, metilen mavisini progeriya və ya qocalma üçün müalicəyə çevirmir.