মিথিলিন ব্লু এবং প্রোজেরিয়া: একটি কোষীয় বার্ধক্য মডেল থেকে শিক্ষা

একটি জিনে একটি মাত্র অক্ষরের পরিবর্তন শিশুদের অত্যন্ত দ্রুত বার্ধক্যের দিকে ঠেলে দেয়। চুল পড়া, শক্ত হয়ে যাওয়া জয়েন্ট, সরু হয়ে যাওয়া ধমনি এবং কিশোর বয়সেই জীবন শেষ হওয়ার সম্ভাবনা। এই রোগটি হলো Hutchinson-Gilford progeria syndrome, এবং বহু বছর ধরে এর গবেষণার কেন্দ্র ছিল নিউক্লিয়াস, যেখানে মিউট্যান্ট প্রোটিন তার ক্ষতি করে। ২০১৬ সালে University of Maryland-এর একটি গবেষণায় ভিন্ন একটি প্রশ্ন করা হয়েছিল: এই কোষগুলোর মাইটোকন্ড্রিয়া দেখতে কেমন? উত্তরটি কোষের দুটি অংশকে যুক্ত করেছিল, এবং এক শতাব্দী পুরোনো একটি নীল রঞ্জক উভয় অংশকে স্পর্শ করেছিল।

এই গবেষণাটি Xiong এবং সহকর্মীদের কাজ, যা Aging Cell-এ ২০১৬ সালে প্রকাশিত হয়েছিল। এটি সম্পূর্ণভাবে কালচার করা কোষ নিয়ে পরিচালিত হয়েছিল। নিচের সব আলোচনার ভিত্তি এই তথ্য। ফলাফলগুলো বাস্তব এবং নির্দিষ্ট। কোনো চিকিৎসার সঙ্গে এর দূরত্বও সমানভাবে নির্দিষ্ট।

মডেল: একটি মিউটেশন, একটি আঠালো প্রোটিন

প্রোজেরিয়া LMNA জিনের 1824 নম্বর অবস্থানে C থেকে T প্রতিস্থাপনের মাধ্যমে শুরু হয়। এই পরিবর্তন কোনো অ্যামিনো অ্যাসিড পরিবর্তন করে না। এটি একটি লুকানো splice site সক্রিয় করে, যা lamin A প্রোটিন থেকে ৫০টি অ্যামিনো অ্যাসিড বাদ দেয়। সংক্ষিপ্ত উৎপাদিত প্রোটিন, যাকে progerin বলা হয়, সেই cleavage site হারায় যা সাধারণত কোষকে তার farnesyl anchor অপসারণ করতে দিত। ফলে progerin স্থায়ীভাবে farnesylated অবস্থায় থাকে এবং inner nuclear membrane-এর সঙ্গে আটকে থাকে, যেখানে স্বাভাবিক lamin A পর্যায়ক্রমে যুক্ত ও বিচ্ছিন্ন হয়।

নিউক্লিয়াসে এর প্রভাবগুলো ভালোভাবে নথিভুক্ত এবং মাইক্রোস্কোপের নিচে দৃশ্যমান। মসৃণ ডিম্বাকার আকৃতি ধরে রাখার পরিবর্তে নিউক্লিয়াস ফুলে যায় এবং কুঁচকে যায়। Heterochromatin, অর্থাৎ ঘনভাবে প্যাক করা নীরব DNA যা সাধারণত নিউক্লিয়াসের প্রান্তে থাকে, পাতলা হয়ে যায়। হাজার হাজার জিনের প্রকাশ পরিবর্তিত হয়। নিউক্লিয়ার ল্যামিনাকে ওয়ালপেপারের পেছনের কাঠামোর মতো ভাবা যায়: যখন একটি কাঠামোর অংশ ভুল জায়গায় স্থায়ীভাবে যুক্ত হয়, তখন দেয়াল ফুলে যায় এবং পুরো ঘরের কাগজের নকশা বিকৃত হয়।

গবেষণায় প্রোজেরিয়া রোগীদের ত্বকের fibroblast কোষের সঙ্গে একই passage-এর নিয়ন্ত্রণ কোষ ব্যবহার করা হয়েছিল, পাশাপাশি আরেকটি লাইন ব্যবহার করা হয়েছিল যেখানে স্বাভাবিক fibroblast কোষ সরাসরি progerin তৈরি করত। পরিবর্তিত কোষগুলো একই ত্রুটি তৈরি করেছিল, যা দেখায় যে দায় progerin-এর, রোগীদের ইতিহাস বা কালচারে সময় কাটানোর নয়। তীব্রতা মাত্রার সঙ্গে সম্পর্কিত ছিল: যে লাইনে বেশি progerin প্রকাশিত হয়েছিল সেখানে সব ক্ষেত্রেই বেশি ত্রুটি দেখা গিয়েছিল।

মাইটোকন্ড্রিয়াকে কেমন দেখা গিয়েছিল

সুস্থ fibroblast-এর মাইটোকন্ড্রিয়া একটি শাখাযুক্ত perinuclear network তৈরি করে, যেখানে দীর্ঘ tubule cytoskeletal track বরাবর চলাচল করে। প্রোজেরিয়া লাইনে সেই network অনুপস্থিত ছিল। বেশি সংখ্যক মাইটোকন্ড্রিয়া খণ্ডিত ছিল, অনেকগুলো ফুলে গিয়েছিল, এবং electron microscopy-তে গুরুতর ক্ষতিগ্রস্ত organelle-এর সংখ্যা প্রায় দ্বিগুণ দেখা যায়। Time-lapse imaging-এ দেখা যায় এগুলো নিয়ন্ত্রণ কোষের তুলনায় কম দূরত্বে এবং ধীর গতিতে চলছিল।

গঠনগত পরিবর্তনের সঙ্গে কার্যকারিতাও পরিবর্তিত হয়েছিল। Mitochondrial superoxide এবং পুরো কোষের oxidant মাত্রা বেড়েছিল। আরও বেশি কোষে membrane potential-এর ব্যাঘাত দেখা যায়। ATP উৎপাদন কমে যায়। এগুলোর কোনোটিই আলাদাভাবে অপ্রত্যাশিত নয়, কারণ ক্ষতিগ্রস্ত মাইটোকন্ড্রিয়া reactive oxygen species নিঃসরণ করে এবং কম শক্তি তৈরি করে। নতুন বিষয় ছিল প্রস্তাবিত কারণ। PGC-1alpha, একটি transcriptional coactivator যা NRF1, TFAM এবং fusion ও fission নিয়ন্ত্রক MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 এবং DRP1-এর মতো downstream factor-এর মাধ্যমে mitochondrial biogenesis পরিচালনা করে, প্রোজেরিয়া কোষে mRNA স্তরে প্রায় আটগুণ কমে গিয়েছিল এবং একই সঙ্গে protein-ও কমেছিল। Progerin মাইটোকন্ড্রিয়া তৈরি ও রক্ষণাবেক্ষণের মূল নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থাকে দমন করছে বলে মনে হয়েছিল। নিউক্লিয়ার ল্যামিনার ক্ষতি এবং শক্তি বিপাকের এই সম্পর্কটি mitochondrial energy production-এর বিস্তৃত আলোচনার অংশ, এবং একই ভারসাম্যের oxidant দিকটি oxidative stress এবং ROS control-এ আলোচনা করা হয়েছে।

মিথিলিন ব্লু কী পরিবর্তন করেছিল

গবেষকরা কোষগুলোকে 100 nanomolar মিথিলিন ব্লু দিয়ে কয়েক সপ্তাহ ধরে ধারাবাহিকভাবে চিকিৎসা করেছিলেন। কোষ কালচারের ক্ষেত্রে এটি দীর্ঘমেয়াদি, মৃদু exposure, স্বল্প সময়ের drug pulse নয়। মিথিলিন ব্লু oxidized এবং reduced রূপের মধ্যে পরিবর্তিত হয় এবং মাইটোকন্ড্রিয়ার মধ্যে electron বহন করতে পারে, তাই এটিকে সাধারণ antioxidant-এর মতো বর্ণনা করা হয় না যা একটি oxidant নিরপেক্ষ করার সময় নিজেই শেষ হয়ে যায়; বরং এটি mitochondrial-targeting redox compound হিসেবে বর্ণিত হয়।

স্বাভাবিক এবং প্রোজেরিয়া উভয় কোষেই মাইটোকন্ড্রিয়া প্রতিক্রিয়া দেখিয়েছিল। ATP বেড়েছিল, oxidant মাত্রা কমেছিল এবং গুরুতর ত্রুটিযুক্ত মাইটোকন্ড্রিয়ার অনুপাত কমেছিল। PGC-1alpha expression আংশিকভাবে পুনরুদ্ধার হয়েছিল এবং এর কিছু downstream target-ও ফিরে এসেছিল। এখন পর্যন্ত এটি একটি সাধারণ mitochondrial support effect, প্রোজেরিয়ার জন্য নির্দিষ্ট কিছু নয়।

নিউক্লিয়াসের ফলাফল ছিল অপ্রত্যাশিত, এবং এগুলো রোগাক্রান্ত কোষের ক্ষেত্রে নির্দিষ্ট ছিল। Quantitative shape analysis-এ nuclear blebbing কমে যায়। Lamin A এবং C-এর মোট পরিমাণ বৃদ্ধি পায়। সবচেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে, progerin-এর বণ্টন পরিবর্তিত হয়: চিকিৎসাহীন প্রোজেরিয়া কোষে মাত্র প্রায় ৩০ শতাংশ progerin soluble nucleoplasmic fraction-এ ছিল, বাকি অংশ membrane-এ যুক্ত ছিল। চিকিৎসার পরে soluble অংশ প্রায় ৬৫ শতাংশে বেড়ে যায়, যা স্বাভাবিক lamin আচরণের কাছাকাছি। Membrane থেকে মুক্ত হওয়ার পর progerin তার আশেপাশের অংশগুলোকে কম টেনে নিয়ে যায়, এবং lamin A ও C-এর soluble fraction-ও পুনরুদ্ধার হয়।

এই মুক্তির পর দুটি নিউক্লিয়ার বৈশিষ্ট্যের উন্নতি দেখা যায়। Electron microscopy এবং heterochromatin protein HP1-alpha-এর staining দ্বারা পরীক্ষা করা perinuclear heterochromatin দৃশ্যত পুনরুদ্ধার হয়। এবং RNA sequencing দেখায় যে transcriptome স্বাভাবিক অবস্থার দিকে ফিরে যাচ্ছে: চিকিৎসাহীন প্রোজেরিয়া কোষ নিয়ন্ত্রণ কোষ থেকে ৩,২০০-এর বেশি জিনে ভিন্ন ছিল, যেখানে চিকিৎসাপ্রাপ্ত প্রোজেরিয়া কোষ প্রায় ১,৬৭০টি জিনে ভিন্ন ছিল। স্বাভাবিক কোষে একই চিকিৎসা মাত্র কয়েক ডজন জিন পরিবর্তন করেছিল, যা নির্দেশ করে যে নিউক্লিয়ার প্রভাব progerin-এর সঙ্গে সম্পর্কিত, সাধারণ transcriptional পরিবর্তনের কারণে নয়। কোষ এবং প্রাণী প্রস্তুতি কীভাবে তাদের শিরোনামের তুলনায় সীমিত প্রশ্নের উত্তর দেয় তা কীভাবে মিথিলিন ব্লু গবেষণা পড়তে হয় এ ব্যাখ্যা করা হয়েছে।

কেন এটি কোনো চিকিৎসা নয়

চারটি সীমাবদ্ধতা এই গবেষণাকে যেখানে থাকা উচিত সেখানে রাখে: পরীক্ষাগারের ভেতরে।

প্রথমত, সবকিছুই dish-এ ঘটেছে। কালচার করা fibroblast-এর রক্ত সরবরাহ, immune context, tissue architecture এবং পুরো শরীরের pharmacology নেই, যা নির্ধারণ করে কোনো compound আদৌ লক্ষ্যস্থলে পৌঁছায় কি না। এই গবেষণায় কোনো প্রাণীকে dose দেওয়া হয়নি এবং কোনো রোগীকে চিকিৎসা করা হয়নি।

দ্বিতীয়ত, প্রোজেরিয়া fibroblast একটি নির্দিষ্ট কোষ ধরনের মডেল। রোগটি প্রধানত ধমনি, হাড় এবং চর্বির মাধ্যমে প্রাণঘাতী হয়, এবং গবেষণায় শুধু fibroblast এবং একটি smooth muscle preparation পরীক্ষা করা হয়েছে। অন্য টিস্যু ভিন্নভাবে আচরণ করতে পারে।

তৃতীয়ত, নিউক্লিয়ার পুনরুদ্ধার এসেছে কালচার মাধ্যমের মধ্যে কয়েক সপ্তাহ ধরে চলা nanomolar exposure থেকে। Dish concentration dose নয়, এবং গবেষণাপত্রে 100 nanomolar medium concentration-কে মানুষের regimen-এ রূপান্তর করার কোনো ভিত্তি নেই। মিথিলিন ব্লুর নিজস্ব dose response এবং safety profile চিকিৎসাবিজ্ঞানের অন্য ক্ষেত্রে রয়েছে, এবং এই গবেষণা বাড়িতে ব্যবহারের কোনো ভিত্তি দেয় না। সাধারণ নিরাপত্তা প্রসঙ্গ মিথিলিন ব্লুর নিরাপত্তা ও পার্শ্বপ্রতিক্রিয়া এ রয়েছে।

চতুর্থত, প্রোজেরিয়া স্বাভাবিক বার্ধক্য নয়। এটি একটি বিরল single-mutation রোগ, যেখানে নিউক্লিয়ার কাঠামো একটি নির্দিষ্ট উপায়ে ভেঙে যায়। এই নির্দিষ্ট ক্ষতি কালচার করা কোষে কমাতে পারে এমন কোনো compound, মিউটেশনবিহীন মানুষের বার্ধক্য সম্পর্কে খুব কম তথ্য দেয়। কোষের phenotype হলো nuclear-mitochondrial crosstalk বোঝার একটি জানালা, longevity ফলাফল নয়।

ন্যায্য সারাংশ তাই শর্তসাপেক্ষ। প্রোজেরিয়া fibroblast-এ progerin PGC-1alpha দমন করে এবং মাইটোকন্ড্রিয়াকে খণ্ডিত, ধীর, oxidant-সমৃদ্ধ এবং কম শক্তিশালী করে। কম ঘনত্বের মিথিলিন ব্লু সব কোষে mitochondrial readout পুনরুদ্ধার করেছে এবং অতিরিক্তভাবে রোগাক্রান্ত কোষে progerin-কে নিউক্লিয়ার membrane থেকে মুক্ত করেছে, যার ফলে nuclear shape, heterochromatin এবং gene expression আংশিকভাবে পুনরুদ্ধার হয়েছে। এই দ্বৈত প্রভাব গবেষণাটিকে জানার মতো করে তোলে। এটি মিথিলিন ব্লুকে প্রোজেরিয়া বা বার্ধক্যের চিকিৎসা বানায় না।