Metylenblátt og progeria: lærdómur frá einum modelli fyri kyknur, sum eldast

Ein broyting av einum einstøkum bókstavi í einari ílegu fær børn at eldast við ræðandi ferð. Hármissur, stív lið, trongar slagæðrar og ein væntað livitíð upp á tannárini. Sjúkan eitur Hutchinson-Gilford progeria-syndrom, og í nógv ár snúði granskingin í henni seg um kyknukjarnan, har tað broytta proteinið ger skaða. Ein kanning frá University of Maryland í 2016 setti ein annan spurning: hvussu síggja mitokondriurnar út í hesum kyknum? Svarið knýtti tvey øki í kyknuni saman, og eitt hundrað ára gamalt blátt litevni ávirkaði bæði.

Kanningina gjørdu Xiong og starvsfelagar, og hon varð útgivin í Aging Cell í 2016. Hon varð einans gjørd við dyrkaðum kyknum. Henda sannroynd er grundarlagið undir øllum niðanfyri. Úrslitini eru verulig og ítøkilig. Frástøðan frá teimum til nakra viðgerð er líka greið.

Modellið: ein mutatión, eitt kleimandi protein

Progeria byrjar við, at C verður skift út við T á støðu 1824 í LMNA-íleguni. Broytingin broytir ikki eina aminosýru. Hon virkir eitt fjalt spleisingarstað, sum tekur 50 aminosýrur burtur úr lamin A-proteininum. Stytta úrslitið, nevnt progerin, missir klývingarstaðið, sum vanliga hevði loyvt kyknuni at taka farnesyl-festið av. Tí er progerin støðugt farnesylerað og situr fast í innaru kjarnahinnuni, har vanligt lamin A annars skiftivís bindur seg og loysir seg aftur.

Avleiðingarnar í kjarnanum eru væl skjalprógvaðar og síggjast í mikroskopi. Kjarnarnir fáa útbungingar og rukkur í staðin fyri at varðveita eitt slætt, ovalt skap. Heterokromatin, tað tætt pakkaða, óvirkna DNA, sum vanliga liggur fram við kjarnajaðaranum, tynnist. Túsundtals ílegur broyta sína íleguframbering. Hugsa um kjarnalamina sum eitt stillas aftan fyri veggjapappír: tá ið ein partur av stillasinum verður sveisaður fastur í skeivari støðu, bungar veggurin út, og mynstrið á pappírinum avlagast um alt rúmið.

Kanningin nýtti húðfibroblastar frá progeria-sjúklingum saman við samanberingarkyknum, sum vóru fluttar víðari í nýggja dyrking líka nógvar ferðir, umframt eina aðra kyknulinju, sum var broytt soleiðis, at vanligir fibroblastar framleiddu progerin beinleiðis. Tær broyttu kyknurnar mentu somu brek, og tað bendir á progerin sum orsøk heldur enn sjúkrasøguna hjá sjúklingunum ella tíðina í dyrking. Álvarin fylgdi nøgdini: linjan, sum framleiddi meira progerin, vísti størri brek á øllum økjum.

Hvussu mitokondriurnar sóu út

Mitokondriur í frískum fibroblastum mynda eitt greinótt net rundan um kjarnan við longum rørum, sum flyta seg eftir slóðum í kyknugrindini. Í progeria-linjunum var hetta netið burtur. Ein størri partur av mitokondriunum var sundurbýttur, nógvar vóru hovnar, og elektronmikroskopi vísti umleið tvífalt so nógvar álvarsliga skaddar kyknulutir. Upptøkur við tíðarbilum vístu, at tær fluttu seg styttri teinar og spakuligari enn í samanberingarkyknunum.

Funkan fylgdi skapinum. Nøgdin av superoksidi í mitokondriunum og av oxiderandi evnum í allari kyknuni vaks. Fleiri kyknur vístu órógvað hinnupotentiali. ATP-framleiðslan minkaði. Einki av hesum er óvæntað í sjálvum sær, tí skaddar mitokondriur leka reaktivar súrevnisformar og framleiða minni orku. Tað nýggja var uppskotið um orsøkina. PGC-1alpha, tann transkriptiónssamvirkjarin, sum stýrir nýmyndan av mitokondrium gjøgnum niðanfyri liggjandi faktorar sum NRF1, TFAM og stýrararnar av samanrenning og sundurbýting MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 og DRP1, var minkað umleið áttafalt á mRNA-støði í progeria-kyknum, við samsvarandi minking í proteininum. Progerin tóktist halda høvuðsrovanum fyri framleiðslu og viðlíkahald av mitokondrium niðri. Hetta sambandið millum skaða á kjarnalamina og orkuevnaskifti er ein partur av breiðari frágreiðingini um orkuframleiðslu í mitokondrium, og oxiderandi síðan av somu javnvág verður viðgjørd í oxidativum strongdi og stýring av ROS.

Hvat metylenblátt broytti

Granskararnir viðgjørdu kyknur við 100 nanomolarum av metylenbláum, einari lágari konsentratión, støðugt í fleiri vikur. Í kyknudyrking er hetta ein long, mild ávirkan, ikki ein stutt, einstøk tilføring av heilivági. Metylenblátt skiftir millum oxiderað og redusert form og kann flyta elektronir inni í mitokondrium. Tí verður tað lýst sum eitt redox-evni, sum virkar á mitokondriur, heldur enn sum eitt vanligt andoxunarevni, ið verður brúkt upp, tá ið tað óvirkjar eitt oxiderandi evni.

Mitokondriurnar reageraðu bæði í vanligum kyknum og progeria-kyknum. ATP vaks, nøgdin av oxiderandi evnum minkaði, og parturin av mitokondrium við álvarsligum brekum gjørdist minni. Fram­beringin av PGC-1alpha tók seg lutvíst upp aftur, saman við nøkrum av málunum niðanfyri í stýringarketuni. Higartil er hetta ein almenn stuðulsávirkan á mitokondriur, ikki nakað serstakt fyri progeria.

Úrslitini í kjarnanum vóru tað óvæntaða, og tey vóru serstøk fyri tær sjúku kyknurnar. Talgreining av skapinum vísti, at útbungingarnar á kjarnanum minkaðu. Samlaða nøgdin av lamin A og C vaks. Tað mest sláandi var, at progerin býtti seg øðrvísi: í óviðgjørdum progeria-kyknum var einans umleið 30 prosent av progerini í tí loysiliga partinum av kjarnaplasmanum, meðan restin var fest í hinnuna. Eftir viðgerðina vaks tann loysiligi parturin til umleið 65 prosent, nær vanligu atferðini hjá lamini. Tá ið progerin er leyst frá hinnuni, dregur tað minni av grannum sínum við sær, og teir loysiligu partarnir av lamin A og C tóku seg eisini upp aftur.

Sum avleiðing av hesi loysing batnaðu tveir eginleikar í kjarnanum. Heterokromatin fram við kjarnajaðaranum, kannað við elektronmikroskopi og liting fyri heterokromatinproteinið HP1-alpha, varð sjónliga endurskapað. Og RNA-raðfesting vísti, at transkriptomið flutti seg aftur móti tí vanliga: óviðgjørdar progeria-kyknur vóru øðrvísi enn samanberingarkyknurnar við meira enn 3,200 ílegum, meðan viðgjørdar progeria-kyknur vóru øðrvísi við umleið 1,670. Í vanligum kyknum broytti sama viðgerð bara nakrar fáar tylftir av ílegum. Tað bendir á, at ávirkanin á kjarnan er knýtt at progerini heldur enn at vera ein almenn umskaking av transkriptiónini. Meginreglan um, at kyknu- og djóramodell svara avmarkaðri spurningum enn yvirskriftirnar benda á, verður greidd frá í hvussu tú lesur gransking um metylenblátt.

Hví hetta ikki er ein viðgerð

Fýra avmarkingar halda hesi kanning har, hon hoyrir heima: inni á starvsstovuni.

Í fyrsta lagi fór alt fram í dyrkingarskálum. Fibroblastar í dyrking hava hvørki blóðveiting, samspæl við immunskipanina, vevnaðarbygnað ella ta farmakologi í øllum kroppinum, sum avger, um eitt evni yvirhøvur kemur fram til eitt mál. Einki djór fekk ein skamt, og eingin sjúklingur varð viðgjørdur í hesi kanning.

Í øðrum lagi eru progeria-fibroblastar eitt modell av einum kyknuslagi. Sjúkan førir fyrst og fremst til deyða gjøgnum ávirkan á slagæðrar, bein og feittvevnað, og kanningin kannaði einans fibroblastar umframt eina roynd við sløttum vøddakyknum. Aðrir vevnaðir kunnu bera seg øðrvísi at.

Í triðja lagi kom batin í kjarnanum eftir fleiri vikur við støðugari nanomolarari ávirkan í dyrkingarætinum. Konsentratiónir í dyrkingarskálum eru ikki skamtar, og einki í greinini umsetur 100 nanomolar í ætinum til eina viðgerðarætlan fyri menniskju. Metylenblátt hevur sítt egna skamt-ávirkanarsamband og sín egna trygdarprofil aðrastaðni í læknavísindum, og henda kanningin gevur einki grundarlag fyri nýtslu heima. Almenn kunning um trygd hoyrir heima í trygd og hjáárin við metylenbláum.

Í fjórða lagi er progeria ikki vanlig elding. Tað er ein sjáldsom sjúka av einari einstakari mutatión, har stuðulsbygnaðurin í kjarnanum brotnar á ein ávísan hátt. Eitt evni, sum minkar um júst henda skaðan í dyrkaðum kyknum, sigur lítið um, hvussu fólk uttan mutatiónina eldast. Kyknueginleikarnir geva innlit í samspælið millum kjarna og mitokondriur, ikki eitt úrslit um longri livitíð.

Ein rættvís samanumtøka er tí treytað. Í progeria-fibroblastum tálmar progerin PGC-1alpha og ger mitokondriurnar sundurbýttar, seinar, ríkar av oxiderandi evnum og orkufátækar. Metylenblátt í lágari konsentratión endurskapaði máldu mitokondriuvirðini í øllum kyknum og loysti harumframt progerin frá kjarnahinnuni í sjúkum kyknum, við lutvísum bata í kjarnaskapi, heterokromatini og íleguframbering. Henda tvífalda ávirkanin ger kanningina verda at kenna. Hon ger ikki metylenblátt til eina viðgerð fyri progeria ella elding.