मेथिलीन ब्लू और प्रोजेरिया: कोशिकीय वृद्धावस्था के एक मॉडल से सीख

एक जीन में सिर्फ एक अक्षर का बदलाव बच्चों को भयावह गति से बूढ़ा करता है। बाल झड़ना, जोड़ों में अकड़न, धमनियों का संकरा होना और अपेक्षित जीवनकाल का किशोरावस्था तक सीमित रहना। इस बीमारी का नाम हचिन्सन-गिलफोर्ड प्रोजेरिया सिंड्रोम है। वर्षों तक इस पर शोध केंद्रक पर केंद्रित रहा, जहाँ उत्परिवर्तित प्रोटीन नुकसान पहुँचाता है। मैरीलैंड विश्वविद्यालय के 2016 के एक अध्ययन ने अलग सवाल पूछा: इन कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया कैसे दिखते हैं? जवाब ने कोशिका के दो हिस्सों को आपस में जोड़ा, और एक सदी पुराने नीले रंगद्रव्य ने दोनों पर असर डाला।

यह अध्ययन शियोंग और उनके सहयोगियों का है, जो 2016 में Aging Cell में प्रकाशित हुआ। इसमें केवल कल्चर की गई कोशिकाओं पर काम किया गया। नीचे की पूरी चर्चा इसी तथ्य पर आधारित है। निष्कर्ष वास्तविक और विशिष्ट हैं। किसी उपचार से उनकी दूरी भी उतनी ही स्पष्ट है।

मॉडल: एक उत्परिवर्तन, एक चिपका रहने वाला प्रोटीन

प्रोजेरिया की शुरुआत LMNA जीन के स्थान 1824 पर C की जगह T आने से होती है। यह बदलाव किसी अमीनो अम्ल को नहीं बदलता। यह एक छिपे हुए स्प्लाइस स्थल को सक्रिय करता है, जिससे लैमिन A प्रोटीन के 50 अमीनो अम्ल हट जाते हैं। इस छोटे हुए उत्पाद को प्रोजेरिन कहते हैं। इसमें वह कटाव स्थल नहीं रहता जो सामान्यतः कोशिका को उसका फ़ार्नेसिल एंकर हटाने देता है। इसलिए प्रोजेरिन स्थायी रूप से फ़ार्नेसिल से जुड़ा रहता है और केंद्रक की भीतरी झिल्ली से चिपका रहता है, जबकि सामान्य लैमिन A वहाँ जुड़ने और अलग होने के चक्र से गुजरता रहता है।

केंद्रक पर इसके परिणाम अच्छी तरह दर्ज हैं और माइक्रोस्कोप से दिखाई देते हैं। चिकना अंडाकार बने रहने के बजाय केंद्रकों में उभार और झुर्रियाँ बनती हैं। हेटेरोक्रोमैटिन, यानी सघन रूप से पैक किया हुआ निष्क्रिय DNA जो सामान्यतः केंद्रक के किनारे पर मौजूद रहता है, कम हो जाता है। हजारों जीन की अभिव्यक्ति बदल जाती है। केंद्रकीय लैमिना को वॉलपेपर के पीछे लगे ढाँचे की तरह समझें: जब ढाँचे का एक हिस्सा गलत जगह पर वेल्ड कर दिया जाए, तो दीवार उभर जाती है और पूरे कमरे में वॉलपेपर का पैटर्न बिगड़ जाता है।

अध्ययन में प्रोजेरिया रोगियों की त्वचा के फाइब्रोब्लास्ट के साथ ऐसे नियंत्रण समूह की कोशिकाएँ इस्तेमाल की गईं, जिन्हें उतनी ही बार नए कल्चर में स्थानांतरित किया गया था। साथ ही, एक दूसरी कोशिका लाइन को इस तरह तैयार किया गया कि सामान्य फाइब्रोब्लास्ट सीधे प्रोजेरिन बनाने लगें। इन तैयार की गई कोशिकाओं में भी वही दोष उभरे। इससे दोषों का कारण रोगियों के इतिहास या कल्चर में बिताए समय के बजाय प्रोजेरिन को माना जा सकता है। प्रोजेरिन की मात्रा बढ़ने के साथ गंभीरता भी बढ़ी: अधिक प्रोजेरिन व्यक्त करने वाली लाइन में सभी स्तरों पर अधिक गंभीर दोष दिखे।

माइटोकॉन्ड्रिया कैसे दिखे

स्वस्थ फाइब्रोब्लास्ट में माइटोकॉन्ड्रिया केंद्रक के आसपास एक शाखायुक्त जाल बनाते हैं। उनकी लंबी नलिकाएँ कोशिका के ढाँचे की पटरियों के साथ चलती हैं। प्रोजेरिया वाली कोशिका लाइनों में यह जाल गायब था। माइटोकॉन्ड्रिया का अधिक बड़ा हिस्सा खंडित था, कई सूजे हुए थे, और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में गंभीर रूप से क्षतिग्रस्त कोशिकांगों की संख्या लगभग दोगुनी दिखी। समय-अंतराल पर ली गई तस्वीरों ने दिखाया कि नियंत्रण समूह की तुलना में वे कम दूरी तय करते थे और धीमे चलते थे।

बनावट के साथ कार्यक्षमता भी बदली। माइटोकॉन्ड्रिया में सुपरऑक्साइड और पूरी कोशिका में ऑक्सीकारकों का स्तर बढ़ा। अधिक कोशिकाओं में झिल्ली विभव बाधित दिखा। ATP का उत्पादन घटा। अलग-अलग देखें तो इनमें से कोई बात आश्चर्यजनक नहीं है, क्योंकि क्षतिग्रस्त माइटोकॉन्ड्रिया से प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ रिसती हैं और वे कम ऊर्जा बनाते हैं। नई बात इसका प्रस्तावित कारण था। PGC-1alpha एक प्रतिलेखन सह-सक्रियक है, जो NRF1, TFAM तथा संलयन और विखंडन के नियामकों MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 और DRP1 जैसे आगे के कारकों के जरिए माइटोकॉन्ड्रिया के निर्माण को संचालित करता है। प्रोजेरिया कोशिकाओं में mRNA स्तर पर इसकी अभिव्यक्ति लगभग आठ गुना कम थी, और प्रोटीन की मात्रा में भी उसी के अनुरूप कमी थी। ऐसा लगा कि प्रोजेरिन माइटोकॉन्ड्रिया बनाने और बनाए रखने वाले मुख्य स्विच को दबा रहा था। केंद्रकीय लैमिना की क्षति और ऊर्जा चयापचय के बीच यह संबंध माइटोकॉन्ड्रिया में ऊर्जा उत्पादन की व्यापक व्याख्या का हिस्सा है। इसी संतुलन का ऑक्सीकारक पक्ष ऑक्सीडेटिव तनाव और ROS नियंत्रण की चर्चा में शामिल है।

मेथिलीन ब्लू ने क्या बदला

शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं को कई सप्ताह तक लगातार 100 nanomolar मेथिलीन ब्लू के संपर्क में रखा, जो एक कम सांद्रता है। कोशिका कल्चर के संदर्भ में यह लंबा, कम तीव्रता वाला संपर्क है, न कि दवा का संक्षिप्त तीव्र संपर्क। मेथिलीन ब्लू ऑक्सीकृत और अपचयित रूपों के बीच चक्रित होता है और माइटोकॉन्ड्रिया के भीतर इलेक्ट्रॉन ले जा सकता है। इसलिए इसे माइटोकॉन्ड्रिया को लक्षित करने वाला रेडॉक्स यौगिक कहा जाता है, न कि ऐसा सामान्य एंटीऑक्सीडेंट जो एक ऑक्सीकारक को निष्क्रिय करते समय स्वयं खर्च हो जाता है।

सामान्य और प्रोजेरिया, दोनों प्रकार की कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया ने प्रतिक्रिया दिखाई। ATP बढ़ा, ऑक्सीकारकों का स्तर घटा और गंभीर रूप से दोषपूर्ण माइटोकॉन्ड्रिया का अनुपात कम हुआ। PGC-1alpha की अभिव्यक्ति आंशिक रूप से बहाल हुई, और उसके कुछ आगे के लक्ष्यों की भी। यहाँ तक यह माइटोकॉन्ड्रिया को सहारा देने वाला एक सामान्य प्रभाव है, जो प्रोजेरिया तक सीमित नहीं है।

केंद्रक से जुड़े परिणाम अप्रत्याशित थे और केवल रोगग्रस्त कोशिकाओं में दिखे। आकार के मात्रात्मक विश्लेषण में केंद्रक के उभार कम हुए। लैमिन A और C की कुल मात्रा बढ़ी। सबसे उल्लेखनीय बात प्रोजेरिन के वितरण में बदलाव था: बिना मेथिलीन ब्लू वाली प्रोजेरिया कोशिकाओं में प्रोजेरिन का केवल लगभग 30 percent केंद्रक-द्रव्य के घुलनशील अंश में था, जबकि बाकी झिल्ली से जुड़ा था। मेथिलीन ब्लू के संपर्क के बाद घुलनशील हिस्सा बढ़कर लगभग 65 percent हो गया, जो सामान्य लैमिन के व्यवहार के करीब था। झिल्ली से मुक्त होने पर प्रोजेरिन अपने आसपास के घटकों को कम खींचता है, और लैमिन A तथा C के घुलनशील अंश भी बहाल हुए।

इस अलगाव के बाद केंद्रक की दो लक्षणात्मक विशेषताओं में सुधार हुआ। इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और हेटेरोक्रोमैटिन प्रोटीन HP1-alpha के लिए अभिरंजन से जाँचा गया केंद्रक के आसपास का हेटेरोक्रोमैटिन स्पष्ट रूप से बहाल दिखा। RNA अनुक्रमण ने भी दिखाया कि ट्रांसक्रिप्टोम सामान्य स्थिति की ओर लौट रहा था: बिना मेथिलीन ब्लू वाली प्रोजेरिया कोशिकाएँ नियंत्रण समूह से 3,200 से अधिक जीन के स्तर पर अलग थीं, जबकि मेथिलीन ब्लू के संपर्क में रखी गई प्रोजेरिया कोशिकाएँ लगभग 1,670 जीन के स्तर पर अलग थीं। सामान्य कोशिकाओं में इसी संपर्क ने केवल कुछ दर्जन जीन बदले। इससे यह संकेत मिलता है कि केंद्रक पर प्रभाव प्रोजेरिन से जुड़ा है, न कि प्रतिलेखन में कोई सामान्य व्यापक बदलाव है। कोशिकाओं और पशुओं पर प्रयोग सुर्खियों से लगने वाले दायरे की तुलना में अधिक सीमित सवालों के जवाब देते हैं—यह सिद्धांत मेथिलीन ब्लू संबंधी शोध कैसे पढ़ें में समझाया गया है।

यह उपचार क्यों नहीं है

चार सीमाएँ इस अध्ययन को उसके उचित दायरे में रखती हैं: प्रयोगशाला के भीतर।

पहली, सब कुछ कल्चर पात्रों में हुआ। कल्चर में मौजूद फाइब्रोब्लास्ट में रक्त की आपूर्ति, प्रतिरक्षा संबंधी परिवेश, ऊतकों की संरचना और पूरे शरीर की वह औषधीय प्रक्रिया नहीं होती जो तय करती है कि कोई यौगिक अपने लक्ष्य तक पहुँचता भी है या नहीं। इस शोधपत्र में किसी पशु को खुराक नहीं दी गई और किसी रोगी का उपचार नहीं किया गया।

दूसरी, प्रोजेरिया फाइब्रोब्लास्ट केवल एक प्रकार की कोशिका का मॉडल हैं। इस बीमारी में मृत्यु मुख्यतः धमनियों, हड्डियों और वसा से जुड़े प्रभावों के कारण होती है, और अध्ययन ने केवल फाइब्रोब्लास्ट तथा चिकनी पेशी की कोशिकाओं के एक नमूने की जाँच की। अन्य ऊतक अलग तरह से व्यवहार कर सकते हैं।

तीसरी, केंद्रक में सुधार कल्चर माध्यम में कई सप्ताह तक लगातार nanomolar स्तर के संपर्क से आया। कल्चर पात्र की सांद्रताएँ खुराक नहीं होतीं, और इस शोधपत्र में ऐसा कुछ नहीं है जो माध्यम में 100 nanomolar को मनुष्य के लिए किसी उपयोग-विधान में बदलता हो। चिकित्सा के अन्य संदर्भों में मेथिलीन ब्लू की अपनी खुराक-प्रतिक्रिया और सुरक्षा संबंधी विशेषताएँ हैं, और यह अध्ययन घर पर इसके उपयोग का कोई आधार नहीं देता। सामान्य सुरक्षा संबंधी संदर्भ मेथिलीन ब्लू की सुरक्षा और दुष्प्रभाव में दिए गए हैं।

चौथी, प्रोजेरिया सामान्य वृद्धावस्था नहीं है। यह एक दुर्लभ, एकल-उत्परिवर्तन वाली बीमारी है, जिसमें केंद्रक का ढाँचा एक खास तरीके से बिगड़ता है। कल्चर की गई कोशिकाओं में उस विशिष्ट क्षति को कम करने वाला यौगिक उन लोगों की वृद्धावस्था के बारे में बहुत कम बताता है जिनमें यह उत्परिवर्तन नहीं है। यह कोशिकीय लक्षण-समूह केंद्रक और माइटोकॉन्ड्रिया के बीच पारस्परिक संवाद को समझने की एक खिड़की है, दीर्घायु का परिणाम नहीं।

इसलिए उचित सारांश कुछ शर्तों और सीमाओं के साथ ही दिया जा सकता है। प्रोजेरिया फाइब्रोब्लास्ट में प्रोजेरिन PGC-1alpha को दबाता है, जिससे माइटोकॉन्ड्रिया खंडित, सुस्त, ऑक्सीकारकों से भरे और ऊर्जा की कमी वाले रह जाते हैं। कम सांद्रता वाले मेथिलीन ब्लू ने सभी कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया के मापे गए संकेतकों को बहाल किया। इसके अलावा, रोगग्रस्त कोशिकाओं में उसने प्रोजेरिन को केंद्रकीय झिल्ली से अलग किया, जिसके साथ केंद्रक के आकार, हेटेरोक्रोमैटिन और जीन अभिव्यक्ति में आंशिक बहाली हुई। यह दोहरा प्रभाव इस अध्ययन को जानने योग्य बनाता है। इससे मेथिलीन ब्लू प्रोजेरिया या वृद्धावस्था का उपचार नहीं बन जाता।