Glas methylen a progeria: gwersi o fodel o heneiddio cellog

Mae newid un llythyren mewn un genyn yn gwneud i blant heneiddio ar gyflymder brawychus. Colli gwallt, cymalau anystwyth, rhydwelïau cul, a disgwyliad oes sy'n ymestyn i flynyddoedd yr arddegau. Syndrom progeria Hutchinson-Gilford yw'r clefyd hwnnw, ac am flynyddoedd roedd ymchwil iddo'n canolbwyntio ar y niwclews, lle mae'r protein mwtant yn gwneud ei ddifrod. Gofynnodd astudiaeth yn 2016 o Brifysgol Maryland gwestiwn gwahanol: sut olwg sydd ar y mitocondria yn y celloedd hyn? Cysylltodd yr ateb ddwy adran o'r gell, ac effeithiodd llifyn glas canrif oed ar y ddwy.

Yr astudiaeth yw un Xiong a'i gydweithwyr, a gyhoeddwyd yn Aging Cell yn 2016. Roedd yn gweithio'n gyfan gwbl gyda chelloedd wedi'u meithrin. Y ffaith honno sy'n llywio popeth isod. Mae'r canfyddiadau'n ddilys ac yn benodol. Mae'r pellter rhyngddynt ac unrhyw driniaeth yr un mor benodol.

Y model: un mwtaniad, un protein gludiog

Mae progeria'n dechrau pan fydd T yn cymryd lle C yn safle 1824 y genyn LMNA. Nid yw'r newid yn newid asid amino. Mae'n actifadu safle sbleisio cudd, sy'n dileu 50 asid amino o'r protein lamin A. Mae'r cynnyrch byrrach, o'r enw progerin, yn colli'r safle hollti a fyddai fel arfer yn caniatáu i'r gell dynnu ei angor farnesyl. Felly mae progerin yn aros wedi'i farnesyleiddio'n barhaol ac yn sownd wrth bilen fewnol y niwclews, lle byddai lamin A arferol yn glynu ac yn ymwahanu mewn cylch.

Mae'r canlyniadau yn y niwclews wedi'u dogfennu'n dda ac yn weladwy o dan ficrosgop. Mae niwclysau'n ffurfio chwyddiadau pothellog a chrychau yn hytrach na chadw siâp hirgrwn llyfn. Mae heterocromatin, y DNA tawel sydd wedi'i bacio'n dynn ac sydd fel arfer yn leinio ymyl y niwclews, yn teneuo. Mae mynegiant miloedd o enynnau'n newid. Meddyliwch am y lamina niwclear fel sgaffaldwaith y tu ôl i bapur wal: pan fydd un darn o'r sgaffaldwaith wedi'i weldio yn y safle anghywir, mae'r wal yn chwyddo ac mae patrwm y papur yn ystumio ar draws yr ystafell gyfan.

Defnyddiodd yr astudiaeth ffibroblastau croen gan gleifion â progeria ochr yn ochr â chelloedd rheoli â'r un nifer o is-feithriadau, ynghyd ag ail linell a beiriannwyd fel bod ffibroblastau arferol yn cynhyrchu progerin yn uniongyrchol. Datblygodd y celloedd a beiriannwyd yr un diffygion, sy'n gosod y bai ar progerin yn hytrach nag ar hanes y cleifion neu ar amser mewn meithriniad. Roedd difrifoldeb yn dilyn y dos: roedd y llinell a fynegai fwy o progerin yn dangos diffygion gwaeth drwyddi draw.

Sut olwg oedd ar y mitocondria

Mae mitocondria ffibroblastau iach yn ffurfio rhwydwaith canghennog o amgylch y niwclews, sef tiwbynnau hir sy'n teithio ar hyd llwybrau'r cytosgerbwd. Yn y llinellau progeria roedd y rhwydwaith hwnnw wedi diflannu. Roedd cyfran fwy o'r mitocondria wedi'u darnio, roedd llawer wedi chwyddo, a dangosodd microsgopeg electron fod nifer yr organynnau a ddifrodwyd yn ddifrifol wedi cynyddu tua dwywaith. Dangosodd delweddu treigl amser eu bod yn symud pellteroedd byrrach ar gyflymderau arafach na'r celloedd rheoli.

Dilynodd y gweithrediad y ffurf. Cododd lefelau uwchocsid mitocondriaidd ac ocsidyddion ar draws y gell gyfan. Dangosodd mwy o gelloedd botensial pilen a oedd wedi'i darfu. Gostyngodd cynhyrchiant ATP. Nid yw dim o hyn yn syndod ar ei ben ei hun, gan fod mitocondria sydd wedi'u difrodi'n gollwng rhywogaethau ocsigen adweithiol ac yn cynhyrchu llai o egni. Yr hyn a oedd yn newydd oedd yr achos arfaethedig. Roedd PGC-1alpha, y cydactifydd trawsgrifio sy'n gyrru biogenesis mitocondriaidd drwy ffactorau i lawr y llwybr megis NRF1, TFAM, a'r rheolyddion ymasiad ac ymholltiad MFN1, MFN2, OPA1, FIS1, a DRP1, wedi'i atal tua wyth gwaith ar lefel mRNA mewn celloedd progeria, gyda cholled gyfatebol o brotein. Roedd progerin fel petai'n pwyso i lawr ar y prif switsh ar gyfer creu a chynnal mitocondria. Mae'r cysylltiad hwnnw rhwng difrod i'r lamina niwclear a metaboledd egni yn rhan o'r esboniad ehangach o gynhyrchu egni mitocondriaidd, ac ymdrinnir ag ochr ocsidyddion yr un cydbwysedd wrth drafod straen ocsideiddiol a rheoli ROS.

Beth a newidiodd glas methylen

Triniodd yr ymchwilwyr gelloedd â 100 nanomolar o las methylen, crynodiad isel, yn barhaus am wythnosau. Yn nhermau meithrin celloedd, mae hwn yn amlygiad hir, ysgafn, nid pwls byr o gyffur. Mae glas methylen yn cylchdroi rhwng ffurfiau ocsidiedig a rhydwythiedig a gall gludo electronau o fewn mitocondria, a dyna pam y caiff ei ddisgrifio fel cyfansoddyn rhydocs sy'n targedu mitocondria yn hytrach na gwrthocsidydd cyffredin sy'n cael ei ddefnyddio i fyny wrth niwtraleiddio un ocsidydd.

Ymatebodd mitocondria mewn celloedd arferol a chelloedd progeria fel ei gilydd. Cododd ATP, gostyngodd lefelau ocsidyddion, a lleihaodd cyfran y mitocondria â diffygion difrifol. Adferwyd mynegiant PGC-1alpha yn rhannol, ynghyd â rhai o'i dargedau i lawr y llwybr. Hyd yma, mae hyn yn effaith gyffredinol o gefnogi mitocondria, nid yn rhywbeth sy'n benodol i progeria.

Y canlyniadau niwclear oedd y syndod, ac roeddent yn benodol i'r celloedd afiach. Dangosodd dadansoddiad meintiol o siâp fod llai o chwyddiadau pothellog ar y niwclysau. Cododd cyfanswm y lamins A a C. Yn fwyaf trawiadol, ailddosbarthwyd progerin: mewn celloedd progeria heb eu trin, dim ond tua 30 y cant o progerin oedd yn y ffracsiwn niwcleoplasmig hydawdd, gyda'r gweddill wedi'i angori wrth y bilen. Ar ôl triniaeth, cododd y gyfran hydawdd i tua 65 y cant, yn agos at ymddygiad arferol lamin. Wedi'i ryddhau o'r bilen, mae progerin yn llusgo llai o'i gymdogion gydag ef, ac adferwyd ffracsiynau hydawdd lamins A a C hefyd.

Yn sgil y rhyddhau hwnnw, gwellodd dau ffenoteip niwclear. Roedd heterocromatin o amgylch y niwclews, a archwiliwyd drwy ficrosgopeg electron a thrwy staenio ar gyfer y protein heterocromatin HP1-alpha, wedi'i adfer yn amlwg. A dangosodd dilyniannu RNA fod y trawsgriptom yn symud yn ôl tuag at gyflwr arferol: roedd celloedd progeria heb eu trin yn wahanol i'r celloedd rheoli mewn dros 3,200 o enynnau, tra oedd celloedd progeria a driniwyd yn wahanol mewn tua 1,670. Mewn celloedd arferol, dim ond ychydig ddwsinau o enynnau a newidiwyd gan yr un driniaeth, sy'n awgrymu bod yr effaith niwclear yn gysylltiedig â progerin yn hytrach na bod yn ysgytwad trawsgrifio cyffredinol. Esbonnir yr egwyddor bod paratoadau celloedd ac anifeiliaid yn ateb cwestiynau mwy cyfyng na'r hyn y mae eu penawdau'n ei awgrymu yn sut i ddarllen ymchwil ar las methylen.

Pam nad yw hyn yn driniaeth

Mae pedwar cyfyngiad yn cadw'r astudiaeth hon yn ei lle priodol: y tu mewn i'r labordy.

Yn gyntaf, digwyddodd popeth mewn dysglau. Nid oes gan ffibroblastau mewn meithriniad gyflenwad gwaed, cyd-destun imiwn, pensaernïaeth meinwe, na ffarmacoleg y corff cyfan sy'n penderfynu a yw cyfansoddyn yn cyrraedd targed o gwbl. Ni roddwyd dos i unrhyw anifail ac ni thriniwyd unrhyw glaf yn y papur hwn.

Yn ail, mae ffibroblastau progeria yn fodel o un math o gell. Mae'r clefyd yn lladd yn bennaf drwy effeithio ar rydwelïau, esgyrn a braster, ac archwiliodd yr astudiaeth ffibroblastau yn unig ynghyd ag un paratoad o gyhyr llyfn. Gall meinweoedd eraill ymddwyn yn wahanol.

Yn drydydd, deilliodd yr adfer niwclear o wythnosau o amlygiad nanomolar parhaus mewn cyfrwng meithrin. Nid dosau yw crynodiadau mewn dysglau, ac nid oes dim yn y papur sy'n trosi 100 nanomolar mewn cyfrwng yn drefn driniaeth i bobl. Mae gan las methylen ei ymateb dos a'i broffil diogelwch ei hun mewn meysydd eraill o feddygaeth, ac nid yw'r astudiaeth hon yn darparu unrhyw sail i'w ddefnyddio gartref. Mae cyd-destun diogelwch cyffredinol i'w gael yn diogelwch a sgil-effeithiau glas methylen.

Yn bedwerydd, nid heneiddio arferol yw progeria. Mae'n glefyd prin sy'n deillio o un mwtaniad ac sy'n achosi i'r sgaffaldwaith niwclear dorri mewn ffordd benodol. Nid yw cyfansoddyn sy'n lleddfu'r difrod penodol hwnnw mewn celloedd wedi'u meithrin yn dweud llawer am heneiddio mewn pobl heb y mwtaniad. Mae ffenoteip y gell yn ffenestr ar ryngweithio niwclear-mitocondriaidd, nid yn ganlyniad am hirhoedledd.

Mae'r crynodeb teg felly'n amodol. Mewn ffibroblastau progeria, mae progerin yn atal PGC-1alpha ac yn gadael mitocondria wedi'u darnio, yn araf, yn llawn ocsidyddion, ac yn brin o egni. Adferodd glas methylen ar grynodiad isel y mesuriadau mitocondriaidd ym mhob cell ac, yn ogystal, rhyddhaodd progerin o'r bilen niwclear mewn celloedd afiach, gydag adferiad rhannol o siâp y niwclews, heterocromatin, a mynegiant genynnau. Mae'r weithred ddeuol honno'n gwneud yr astudiaeth yn werth gwybod amdani. Nid yw'n gwneud glas methylen yn therapi ar gyfer progeria nac ar gyfer heneiddio.