Metýlenblátt og ferroptosa: mekanisman í lipidperoxidering

Ferroptosa er kyknudeyði, sum stendst av skaða á membranina. Fleirómettað fitievni í membranum oxiderast í einari ketureaktión, membranin svíkur, og kyknan doyr. Jarn er neyðugt fyri hesa kemisku tilgongd. Henda setningurin lýsir alt hugtakið, og alt í hesi grein er ein roynd av einum parti av tí.

Spurningurin her er meira avmarkaður: hvat ger metýlenblátt við hesa ketuna í kyknuroyndum, og hvat vísir úrslitið í veruleikanum? Stutta svarið er, at í tveimum rannsóknarstovukanningum minkaði metýlenblátt í nanomolarum styrk um lipidperoxidering í mitokondrium og helt kyknum á lívi eftir ávirkanir, sum annars elva til ferroptosu. Longra svarið hevur størri týdning, tí hvør liður í ketuni varð kannaður við einum ymiskum inntrivi, og hvørt inntriv hevur sínar avmarkingar.

Ferroptosa í einum broti

Eitt fosfolipid í einari membran, sum hevur ein hala úr einari fleirómettaðari fitisýru, hevur eitt veikt stað: hydrogenatom, sum eru løtt at taka. Tá ein radikalur hevur tikið eitt teirra, bindur oxygen seg at lipidinum, ein lipidperoxylradikalur verður til, og hesin radikalurin tekur eitt hydrogenatom frá næsta lipidinum. Reaktiónin breiðir seg eftir membranini, um einki steðgar henni.

Tann týdningarmesta bremsan er eitt ensým, sum eitur GPX4. Tað brúkar glutation til at redusera lipidperoxid til óskaðilig lipidalkohol. Evni, sum verða brúkt til at útloysa ferroptosu á rannsóknarstovu, álopa hesa verjuna á ávísum stigum. Erastin forðar innflutningi av cystini gjøgnum system xc-minus, so kyknan fær ov lítið av cysteini til at framleiða glutation. Buthionine sulfoximine forðar beinleiðis framleiðsluni av glutationi. RSL3 tálmar sjálvum GPX4. Øll trý gera, at peroxid ikki verða beind burtur, men tey gera tað á ymiskum stigum. Tí kann eitt úrslit við einum útloysara ikki sjálvvirkandi flytast til hinar.

Ferroptosa er øðrvísi enn apoptosa í teimum eginleikum, sum eyðkenna hana. Eingin kaspasukaskada er, og eingir apoptotiskir kroppar verða til. Jarnbindandi evni sum deferoxamine og evni, sum fanga radikalar, sum ferrostatin-1, tálma henni. Hetta er tann royndin, sum granskarar brúka til at staðfesta, at ein kyknudeyði er ferroptotiskur heldur enn bert nekrotiskur. Tann breiðari heildin av tilgongdum fyri stýrdan kyknudeyða setur henda munin í samanhang, og mátin, sum kyknur handfara lætt tøkt jarn, greiðir frá, hví jarnbinding er ein so avgerandi kontrollroynd.

Hvar mitokondriur koma inn í myndina, og hví tað var umstrítt

Tíðligar kanningar vístu, at kyknur uttan mitokondriu-DNA framvegis kunnu doyggja við ferroptosu. Tað bendi á, at mitokondriur ikki eru neyðugar. Seinni kanningar vístu, at at fækka mitokondrium ella at forða kyknuanding kann tálma ferroptosu av cysteinmangli, men ikki ferroptosu av beinleiðis tálming av GPX4. Bæði úrslit kunnu vera røtt, um leikluturin hjá mitokondrium veldst um útloysaran, kyknuslagið og hvar tann avgerandi peroxideringin fer fram.

Kanningin, sum henda greinin byggir á, tók henda ósemjuna upp við einari sondu, sum er serstøk fyri eitt ávíst øki í kyknuni. MitoCLox er ein útgáva av einari sondu til at vísa lipidperoxidering, sum er málrættað til mitokondriur: hon broytir fluorescens, tá hon møtir lipidperoxylradikalum inni í mitokondrium. Í fibroblastum, sum vórðu viðgjørdir við erastin, sást oxidering av mitokondriusonduni í kyknum, sum enn vóru á lívi, áðrenn tær doyðu. Oxideringin var ymisk frá kyknu til kyknu. Tíðarraðfylgjan hevur týdning. Peroxidering, sum kemur undan deyðanum, kann vera ein orsøk. Peroxidering, sum bert verður máld í deyðum kyknum, er leivdir. Ein tilhoyrandi vegleiðing um royndir av lipidperoxidering og hvat hvør sonda vísir greiðir frá, hví staðsetingin hjá sonduni avger, hvat eitt signal merkir.

Sama mynstur sást í einum øðrum modelli. Fibroblastar frá einum sjúklingi við arvaligari Leber-sjóntaugasjúku, sum hava eina mutatión í kompleksi I og hægri oxidativt grundstress, doyðu við ferroptosu, tá glutationið varð tømt. Kontrollfibroblastar stóðu ímóti. Aftur kom oxidering av mitokondriusonduni fyrst. Nærri upplýsingar eru í fibroblastkanningini av lipidperoxidering í mitokondrium við ferroptosu.

Hvat metýlenblátt broytti í hesum royndunum

Metýlenblátt er ein redoxberi. Oxideraða formið tekur ímóti elektronum frá NADH-tengdum kemiskum tilgongdum við kompleks I, og reduseraða formið letur tær til cytokrom c, sum flytur tær víðari til kompleks IV. Hetta skapar eina lutvísa hjáleið fram við tí parti av ketuni, har elektronir vanliga leka til oxygen og mynda superoxid. Lesarar, sum vilja hava alla myndina av hesum flutningi, eiga at byrja við hvussu metýlenblátt flytur elektronir gjøgnum mitokondriur.

Í lungnafibroblastum, sum vórðu viðgjørdir við erastin, varðveitti metýlenblátt við 250 nanomolar lívførið í einari máting av kyknuyvirliving, eins og tey mitokondriumálrættaðu antioxidantini SkQ1 og MitoTEMPO. Kontrollroyndirnar avmarka, hvat kann staðfestast. Ferrostatin-1, alfa-tokoferol og deferoxamine vardu eisini, og tað váttar, at deyðin var ferroptotiskur. SkQ1-analógurin uttan ein antioxidantbólk vardi ikki. Tað bendir á redoxkemi heldur enn óserskilda uppsavning. Verjan minkaði oman fyri umleið 200 nanomolar SkQ1, í samsvari við ta kendu prooxidativu atferðina hjá kinonantioxidantum við hægri nøgdum. Metýlenblátt hevur somu tvíbýttu atferð eftir styrki: tað verjir við lágum nanomolarum styrki í hesum dyrkingarskálum, men kann mynda hydrogenperoxid við redoxringrásum, tá styrkurin verður øktur ella evnið verður lýst kraftiga. Slíkur samanhangur millum styrk og ávirkan verður viðgjørdur í reaktivum oxygensløgum í mitokondrium.

Royndirnar við avbyrgdum mitokondrium skiltu síðan ROS-keldurnar sundur. Tá tvígilt jarn var til staðar, stimbraðu substrat, sum lata elektronir til kompleks I, saman við rotenone oxidering av sonduni. Rotenone blokkerar elektronflutningin eftir flavinstaðið. Tí verða berarar fyrr í ketuni verandi reduseraðir og leka elektronir til oxygen frá flavininum, sum vendir inn móti matriksinum. Substrat, sum lata elektronir til kompleks III, saman við antimycin A myndaðu nógv hydrogenperoxid, men settu ikki lipidperoxidering í gongd. Sama samlaða ROS-signal, ymisk staðseting, ymiskt úrslit. Bæði SkQ1 og metýlenblátt tálmaðu peroxideringini, sum kompleks I setti í gongd, uttan at tálma sjálvari framleiðsluni av hydrogenperoxidi. Hetta staðsetur ávirkanina hjá teimum eftir ROS-myndanina, á stiginum við lipidperoxidering.

Jarnyvirskotsroyndirnar og ábendingin frá lipofuscini

Ein onnur kanning tók spurningin upp frá jarnsíðuni. H9c2-hjartavøddakyknur, sum vórðu útsettar fyri trígildum jarn-ammoniumsitrati í styrki undir einum millimolar, mentu ROS í mitokondrium, lipidperoxidering í mitokondrium og síðan ferroptosu. Aftaná savnaðist eitt lipofuscinlíknandi litevni upp innan 24 tímar. Lipofuscin er tann sjálvfluorescerandi, jarninnihaldandi leivdin av oxideraðum lipidum og proteinum, sum savnast upp við aldrinum. At tað kom so skjótt fram her, knýtir bráða jarndrivna peroxidering at einum klassiskum aldringsmarkøri. Bæði metýlenblátt í nanomolarum styrki og SkQ1 forðaðu peroxideringini, deyðanum og uppsavningini av litevninum. Avbyrgd hjartamitokondriur váttaðu mynstrið: rotenone saman við tvígildum jarni setti peroxidering og eitt litevnislíknandi signal í gongd, og bæði evnini forðaðu hesum. Øll raðfylgjan er lýst í kanningini av jarnyvirskoti í H9c2-hjartavøddakyknum. Litevnisparturin av søguni hoyrir saman við lipofuscini og markørum fyri kyknualdring.

Hvat royndir av kyknuyvirliving ikki vísa

Ein lívførismáting sum CellTiterBlue vísir, hvussu nógvar kyknur í einari skál framvegis hava virkið evnaskifti eftir ein útloysara saman við einum møguligum verjandi evni. Hetta er ein roynd av einari mekanismu í einum ásettum skipanarkarmi. Tað er ikki eitt viðgerðarúrslit. Í ongari av hesum royndum fekk ein sjúklingur ein skamt, varð eitt sjúkutengt endamál mált, ella varð eitt terapeutiskt vindeyga í kroppinum staðfest.

Fýra avmarkingar eiga at verða sagdar greitt. Fyrst eru kyknusløgini fá: transformeraðir lungnafibroblastar, primerir húðfibroblastar, harímillum ein kyknulinja við mitokondriusjúku, og ein hjartavøddakyknulinja frá rottu, umframt avbyrgd mitokondriur úr rottuhjarta. Viðkvæmið var ymiskt millum kyknulinjurnar, og LHON-linjan var vald, tí hon var óvanliga viðkvom. Í øðrum lagi eru útloysararnir ekstremar rannsóknarstovuávirkanir: fullkomin blokering av flutningi ella framleiðslu og jarnnøgdir, sum eingin vevnaður hevði verið útsettur fyri brádliga. Í triðja lagi kann styrkur ikki umroknast við at falda. Nanomolar í dyrkingarmiðli er ikki ein skamtur til menniskju. Útbreiðslan av metýlenbláum, redusering til tess litleysa form í blóði og vevnaði, ljósávirkan og membranpotential eru alt viðurskifti millum eina dyrkingarskál og eitt menniskja. Í fjórða lagi vísa sondurnar tað, sum hendir í teirra egna øki í kyknuni. Oxidering av MitoCLox vísir, at lipidradikalar vórðu myndaðir í mitokondrium. Hon vísir ikki, at tað beinleiðis varð forðað fyri rivnu í plasmamembranini, sum helst er tann endaliga hendingin, heldur enn at hon varð fyribyrgd fyrr í tilgongdini.

Tí er tann erliga niðurstøðan henda: í hesum modellum reka ROS frá kompleksi I saman við jarni lipidperoxidering í mitokondrium, sum kemur undan ferroptosu, og metýlenblátt í lágum styrki brýtur henda partin av tilgongdini. Alt, sum gongur út um henda partin, krevur aðrar royndir í djórum og síðan í menniskjum.