મિથિલીન બ્લુ અને પ્રોજેરિયા: કોષીય વૃદ્ધત્વના મોડેલમાંથી શીખવા મળેલી બાબતો

એક જનીનમાં એક અક્ષરનો ફેરફાર બાળકોને ભયજનક ઝડપે વૃદ્ધ બનાવે છે. વાળ ખરવા, સાંધા અકડાઈ જવા, ધમનીઓ સાંકડી થવી અને અપેક્ષિત આયુષ્ય કિશોરાવસ્થા સુધીનું હોવું. આ રોગ હચિન્સન-ગિલફોર્ડ પ્રોજેરિયા સિન્ડ્રોમ છે, અને વર્ષો સુધી તેનું સંશોધન કોષકેન્દ્ર પર કેન્દ્રિત રહ્યું, જ્યાં પરિવર્તિત પ્રોટીન નુકસાન કરે છે. યુનિવર્સિટી ઑફ મેરીલેન્ડના 2016ના એક અભ્યાસે જુદો પ્રશ્ન પૂછ્યો: આ કોષોમાં માઇટોકોન્ડ્રિયા કેવાં દેખાય છે? જવાબે કોષના બે વિભાગો વચ્ચેનું જોડાણ બતાવ્યું, અને સદી જૂના એક વાદળી રંગદ્રવ્યએ બંને પર અસર કરી.

આ અભ્યાસ શિયોંગ અને સહકર્મીઓનો છે, જે 2016માં Aging Cellમાં પ્રકાશિત થયો હતો. તે સંપૂર્ણપણે સંવર્ધિત કોષો પર કરવામાં આવ્યો હતો. નીચેની દરેક બાબતને સમજવા માટે આ હકીકત કેન્દ્રસ્થાને છે. તારણો વાસ્તવિક અને ચોક્કસ છે. કોઈપણ સારવારથી તેમનું અંતર પણ એટલું જ ચોક્કસ છે.

મોડેલ: એક ઉત્પરિવર્તન, એક ચોંટી રહેતું પ્રોટીન

પ્રોજેરિયાની શરૂઆત LMNA જનીનના સ્થાન 1824 પર Cની જગ્યાએ T આવવાથી થાય છે. આ ફેરફાર કોઈ એમિનો એસિડને બદલતો નથી. તે એક છુપાયેલું સ્પ્લાઇસ સ્થાન સક્રિય કરે છે, જે લેમિન A પ્રોટીનમાંથી 50 એમિનો એસિડ કાઢી નાખે છે. આ ટૂંકા થયેલા પ્રોટીનને પ્રોજેરિન કહે છે. તેમાંનું એવું વિચ્છેદન સ્થાન ખોવાઈ જાય છે, જેના દ્વારા સામાન્ય રીતે કોષ તેનો ફાર્નેસિલ આધાર દૂર કરી શકે છે. તેથી પ્રોજેરિન કાયમ ફાર્નેસિલ સાથે જોડાયેલું રહે છે અને કોષકેન્દ્રની અંદરની પટલ સાથે ચોંટી રહે છે, જ્યારે સામાન્ય લેમિન A ત્યાં જોડાતું અને છૂટું પડતું રહે છે.

કોષકેન્દ્ર પર થતી અસરો સારી રીતે નોંધાયેલી છે અને સૂક્ષ્મદર્શક હેઠળ દેખાય છે. કોષકેન્દ્રો લીસો અંડાકાર જાળવવાને બદલે ફૂલી નીકળે છે અને કરચલીઓવાળાં બને છે. હેટેરોક્રોમેટિન, એટલે કે ગીચ રીતે ગોઠવાયેલું નિષ્ક્રિય DNA જે સામાન્ય રીતે કોષકેન્દ્રની કિનારી પર હોય છે, ઓછું થાય છે. હજારો જનીનોની અભિવ્યક્તિ બદલાય છે. કોષકેન્દ્રીય લેમિનાને વૉલપેપરની પાછળના આધારમાળખા તરીકે વિચારો: જ્યારે આધારમાળખાનો એક ભાગ ખોટી જગ્યાએ વેલ્ડ થઈ જાય, ત્યારે દીવાલ ઊપસી આવે છે અને આખા ઓરડામાં કાગળની ભાત વિકૃત થાય છે.

અભ્યાસમાં પ્રોજેરિયાના દર્દીઓના ત્વચાના ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટની સાથે એટલી જ વખત સબકલ્ચર કરાયેલા નિયંત્રણ કોષો વપરાયા. ઉપરાંત, બીજી એક કોષરેખા એવી રીતે તૈયાર કરાઈ હતી કે સામાન્ય ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ સીધા પ્રોજેરિન ઉત્પન્ન કરે. આ રીતે તૈયાર કરાયેલા કોષોમાં પણ એ જ ખામીઓ વિકસી, જે દર્શાવે છે કે તેનું કારણ દર્દીઓનો ઇતિહાસ કે સંવર્ધનમાં વિતાવેલો સમય નહીં, પરંતુ પ્રોજેરિન હતું. ગંભીરતા પ્રોજેરિનના પ્રમાણ સાથે વધી: વધુ પ્રોજેરિનની અભિવ્યક્તિ કરતી કોષરેખામાં તમામ બાબતોમાં વધુ ગંભીર ખામીઓ દેખાઈ.

માઇટોકોન્ડ્રિયા કેવાં દેખાતાં હતાં

સ્વસ્થ ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટનાં માઇટોકોન્ડ્રિયા કોષકેન્દ્રની આસપાસ શાખાવાળું જાળું બનાવે છે; તેમની લાંબી નલિકાઓ કોષના આધારમાળખાના માર્ગો પર આગળ વધે છે. પ્રોજેરિયાની કોષરેખાઓમાં આ જાળું ગાયબ હતું. માઇટોકોન્ડ્રિયાનો વધુ મોટો હિસ્સો ટુકડાઓમાં વહેંચાયેલો હતો, ઘણાં ફૂલેલાં હતાં અને ઇલેક્ટ્રોન સૂક્ષ્મદર્શકથી ગંભીર રીતે નુકસાન પામેલી કોષાંગિકાઓમાં આશરે બમણો વધારો દેખાયો. સમયાંતરે લેવાયેલાં ચિત્રોએ બતાવ્યું કે નિયંત્રણ કોષોની સરખામણીએ તે ઓછી ઝડપે અને ઓછા અંતર સુધી આગળ વધતાં હતાં.

રચના સાથે કાર્ય પણ બદલાયું. માઇટોકોન્ડ્રિયલ સુપરઑક્સાઇડ અને સમગ્ર કોષમાં ઑક્સિડન્ટનું સ્તર વધ્યું. વધુ કોષોમાં પટલના વિદ્યુત વિભવમાં વિક્ષેપ દેખાયો. ATPનું ઉત્પાદન ઘટ્યું. અલગથી જોતાં આમાંથી કશું આશ્ચર્યજનક નથી, કારણ કે નુકસાન પામેલાં માઇટોકોન્ડ્રિયા પ્રતિક્રિયાશીલ ઑક્સિજન પ્રજાતિઓ છોડે છે અને ઓછી ઊર્જા બનાવે છે. નવી બાબત તેનું સૂચવાયેલું કારણ હતી. PGC-1alpha એ ટ્રાન્સક્રિપ્શનનો સહસક્રિયક છે, જે NRF1, TFAM જેવા અનુગામી પરિબળો અને સંલયન તથા વિખંડનના નિયમનકારો MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 અને DRP1 દ્વારા માઇટોકોન્ડ્રિયાના નિર્માણને પ્રેરિત કરે છે. પ્રોજેરિયા કોષોમાં mRNAના સ્તરે તે લગભગ આઠ ગણું ઘટેલું હતું, અને પ્રોટીનનું પ્રમાણ પણ અનુરૂપ રીતે ઘટેલું હતું. એવું જણાતું હતું કે પ્રોજેરિન માઇટોકોન્ડ્રિયાના નિર્માણ અને જાળવણીના મુખ્ય સ્વિચને દબાવી રહ્યું હતું. કોષકેન્દ્રીય લેમિનાના નુકસાન અને ઊર્જા ચયાપચય વચ્ચેનું આ જોડાણ માઇટોકોન્ડ્રિયામાં ઊર્જા ઉત્પાદનના વ્યાપક વર્ણનનો એક ભાગ છે, અને આ જ સંતુલનની ઑક્સિડન્ટ સંબંધિત બાજુ ઑક્સિડેટિવ તાણ અને ROS નિયંત્રણમાં આવરી લેવાય છે.

મિથિલીન બ્લુએ શું બદલ્યું

સંશોધકોએ કોષોને 100 nanomolar મિથિલીન બ્લુ, એટલે કે ઓછી સાંદ્રતા, સાથે અઠવાડિયાં સુધી સતત રાખ્યા. કોષ સંવર્ધનની દૃષ્ટિએ આ લાંબો, હળવો સંપર્ક છે, દવાના ટૂંકા સંપર્કનો એક ઝટકો નહીં. મિથિલીન બ્લુ ઑક્સિડિત અને અપચયિત સ્વરૂપો વચ્ચે ફેરવાય છે અને માઇટોકોન્ડ્રિયાની અંદર ઇલેક્ટ્રોન વહન કરી શકે છે. તેથી તેને માઇટોકોન્ડ્રિયાને લક્ષ્ય બનાવતા રેડોક્સ સંયોજન તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે, નહીં કે એવા સામાન્ય ઍન્ટિઑક્સિડન્ટ તરીકે જે એક ઑક્સિડન્ટને નિષ્ક્રિય કરતી વખતે વપરાઈ જાય.

સામાન્ય અને પ્રોજેરિયા બંને પ્રકારના કોષોમાં માઇટોકોન્ડ્રિયાએ પ્રતિસાદ આપ્યો. ATP વધ્યું, ઑક્સિડન્ટનું સ્તર ઘટ્યું અને ગંભીર ખામીવાળાં માઇટોકોન્ડ્રિયાનું પ્રમાણ ઓછું થયું. PGC-1alphaની અભિવ્યક્તિ અને તેના કેટલાક અનુગામી લક્ષ્યોમાં આંશિક પુનઃસ્થાપન થયું. અહીં સુધી આ માઇટોકોન્ડ્રિયાને સહાય કરતી સામાન્ય અસર છે, પ્રોજેરિયા માટે વિશિષ્ટ નથી.

કોષકેન્દ્રનાં પરિણામો આશ્ચર્યજનક હતાં, અને તે રોગગ્રસ્ત કોષો પૂરતાં વિશિષ્ટ હતાં. આકારના પરિમાણાત્મક વિશ્લેષણમાં કોષકેન્દ્રનું ફૂલી નીકળવું ઘટ્યું. લેમિન A અને Cનું કુલ પ્રમાણ વધ્યું. સૌથી નોંધપાત્ર રીતે, પ્રોજેરિનનું વિતરણ બદલાયું: મિથિલીન બ્લુનો સંપર્ક ન અપાયેલા પ્રોજેરિયા કોષોમાં માત્ર લગભગ 30 ટકા પ્રોજેરિન કોષકેન્દ્રના દ્રાવ્ય ન્યુક્લિયોપ્લાઝ્મિક ભાગમાં હતું, જ્યારે બાકીનું પટલ સાથે જોડાયેલું હતું. સંપર્ક આપ્યા પછી દ્રાવ્ય હિસ્સો વધીને આશરે 65 ટકા થયો, જે સામાન્ય લેમિનના વર્તનની નજીક હતો. પટલથી મુક્ત થયેલું પ્રોજેરિન તેની સાથે આસપાસના ઓછા ઘટકોને ખેંચે છે, અને લેમિન A અને Cના દ્રાવ્ય હિસ્સાઓમાં પણ પુનઃસ્થાપન થયું.

આ મુક્તિ પછી કોષકેન્દ્રનાં બે લક્ષણોમાં સુધારો થયો. ઇલેક્ટ્રોન સૂક્ષ્મદર્શક અને હેટેરોક્રોમેટિન પ્રોટીન HP1-alpha માટેના અભિરંજન દ્વારા તપાસાયેલું કોષકેન્દ્રની આસપાસનું હેટેરોક્રોમેટિન દેખીતી રીતે પુનઃસ્થાપિત થયું. વળી, RNA અનુક્રમણે બતાવ્યું કે ટ્રાન્સક્રિપ્ટોમ ફરી સામાન્ય સ્થિતિ તરફ આગળ વધી રહ્યું હતું: મિથિલીન બ્લુનો સંપર્ક ન અપાયેલા પ્રોજેરિયા કોષો નિયંત્રણ કોષોથી 3,200થી વધુ જનીનોમાં જુદા પડતા હતા, જ્યારે સંપર્ક અપાયેલા પ્રોજેરિયા કોષો લગભગ 1,670 જનીનોમાં જુદા પડતા હતા. સામાન્ય કોષોમાં આ જ પ્રક્રિયાએ માત્ર થોડાં ડઝન જનીનો બદલ્યાં, જે સૂચવે છે કે કોષકેન્દ્ર પરની અસર પ્રોજેરિન સાથે જોડાયેલી છે, ટ્રાન્સક્રિપ્શનમાં સામાન્ય ઉથલપાથલ નથી. કોષો અને પ્રાણીઓ પરના પ્રયોગો તેમની શીર્ષક પંક્તિઓ સૂચવે છે તેના કરતાં વધુ મર્યાદિત પ્રશ્નોના જવાબ આપે છે—આ સિદ્ધાંત મિથિલીન બ્લુનું સંશોધન કેવી રીતે વાંચવુંમાં સમજાવવામાં આવ્યો છે.

શા માટે આ સારવાર નથી

ચાર મર્યાદાઓ આ અભ્યાસને તેની યોગ્ય સીમામાં રાખે છે: પ્રયોગશાળાની અંદર.

પ્રથમ, બધું સંવર્ધન પાત્રોમાં થયું. સંવર્ધિત ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટમાં રક્ત પુરવઠો, રોગપ્રતિકારક પરિસ્થિતિ, પેશીઓની રચના અને સમગ્ર શરીરનું ઔષધવિજ્ઞાન હોતાં નથી, જે નક્કી કરે છે કે કોઈ સંયોજન તેના લક્ષ્ય સુધી પહોંચે છે કે નહીં. આ સંશોધનમાં કોઈ પ્રાણીને માત્રા આપવામાં આવી નહોતી અને કોઈ દર્દીની સારવાર થઈ નહોતી.

બીજું, પ્રોજેરિયા ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ એક જ કોષપ્રકારનું મોડેલ છે. આ રોગ મુખ્યત્વે ધમનીઓ, હાડકાં અને ચરબી પરની અસરોને કારણે જીવલેણ બને છે, અને અભ્યાસમાં માત્ર ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટ તથા સ્મૂથ મસલના એક કોષીય નમૂનાની તપાસ કરવામાં આવી હતી. અન્ય પેશીઓ જુદી રીતે વર્તી શકે છે.

ત્રીજું, કોષકેન્દ્રમાં સુધારો સંવર્ધન માધ્યમમાં અઠવાડિયાં સુધી સતત nanomolar સાંદ્રતાના સંપર્કથી થયો હતો. પાત્રમાંની સાંદ્રતા એ દવાની માત્રા નથી, અને આ સંશોધનમાં કશું પણ માધ્યમમાંના 100 nanomolarને માનવ માટેની દવા આપવાની પદ્ધતિમાં રૂપાંતરિત કરતું નથી. ચિકિત્સાના અન્ય ઉપયોગોમાં મિથિલીન બ્લુનો પોતાનો માત્રા-પ્રતિસાદ અને સલામતીનો પ્રોફાઇલ છે, અને આ અભ્યાસ ઘરે ઉપયોગ કરવા માટે કોઈ આધાર આપતો નથી. સલામતીનો સામાન્ય સંદર્ભ મિથિલીન બ્લુની સલામતી અને આડઅસરોમાં મળે છે.

ચોથું, પ્રોજેરિયા સામાન્ય વૃદ્ધત્વ નથી. તે એક જ ઉત્પરિવર્તનથી થતો દુર્લભ રોગ છે, જેમાં કોષકેન્દ્રનું આધારમાળખું ચોક્કસ રીતે તૂટે છે. સંવર્ધિત કોષોમાં એ ચોક્કસ નુકસાન ઘટાડતું સંયોજન, તે ઉત્પરિવર્તન વિનાના લોકોમાં વૃદ્ધત્વ વિશે બહુ ઓછું કહે છે. કોષનું આ લક્ષણ કોષકેન્દ્ર અને માઇટોકોન્ડ્રિયા વચ્ચેના પરસ્પર સંવાદની ઝાંખી આપે છે, લાંબા આયુષ્યનું પરિણામ નહીં.

તેથી યોગ્ય સારાંશ શરતોને આધીન છે. પ્રોજેરિયા ફાઇબ્રોબ્લાસ્ટમાં પ્રોજેરિન PGC-1alphaને દબાવે છે અને માઇટોકોન્ડ્રિયાને ખંડિત, ધીમાં, વધુ ઑક્સિડન્ટવાળાં અને ઓછી ઊર્જાવાળાં બનાવે છે. ઓછી સાંદ્રતાવાળા મિથિલીન બ્લુએ તમામ કોષોમાં માઇટોકોન્ડ્રિયા સંબંધિત માપદંડો પુનઃસ્થાપિત કર્યા અને રોગગ્રસ્ત કોષોમાં વધારામાં પ્રોજેરિનને કોષકેન્દ્રની પટલથી મુક્ત કર્યું, સાથે કોષકેન્દ્રના આકાર, હેટેરોક્રોમેટિન અને જનીન અભિવ્યક્તિમાં આંશિક સુધારો થયો. આ બેવડી અસરને કારણે આ અભ્યાસ વિશે જાણવું યોગ્ય છે. તે મિથિલીન બ્લુને પ્રોજેરિયા કે વૃદ્ધત્વની સારવાર બનાવતી નથી.