Հոդված
Մեթիլեն կապույտը և պրոգերիան․ դասեր բջջային ծերացման մոդելից
Մեկ գենում ընդամենը մեկ տառի փոփոխությունը երեխաներին ստիպում է ծերանալ սարսափելի արագությամբ։ Մազաթափություն, հոդերի կարկամություն, զարկերակների նեղացում և կյանքի սպասվող տևողություն՝ մինչև պատանեկան տարիները։ Այդ հիվանդությունը Հաթչինսոն–Գիլֆորդի պրոգերիայի համախտանիշն է, և տարիներ շարունակ դրա ուսումնասիրությունները կենտրոնացած էին կորիզի վրա, որտեղ մուտանտ սպիտակուցը վնաս է պատճառում։ Մերիլենդի համալսարանի 2016 թվականի ուսումնասիրությունն այլ հարց առաջադրեց․ ի՞նչ տեսք ունեն միտոքոնդրիումներն այս բջիջներում։ Պատասխանը կապ հաստատեց բջջի երկու բաժանմունքների միջև, իսկ մեկդարյա պատմություն ունեցող կապույտ ներկանյութն ազդեց երկուսի վրա էլ։
Խոսքը Սյոնգի և գործընկերների ուսումնասիրության մասին է, որը հրապարակվել է Aging Cell ամսագրում՝ 2016 թվականին։ Աշխատանքն ամբողջությամբ իրականացվել է բջջային կուլտուրաների վրա։ Այդ փաստը պայմանավորում է ստորև ներկայացված ամեն ինչ։ Արդյունքներն իրական են և հստակ։ Ցանկացած բուժումից դրանց հեռավորությունը նույնքան հստակ է։
Մոդելը․ մեկ մուտացիա, մեկ կպչուն սպիտակուց
Պրոգերիան սկսվում է LMNA գենի 1824-րդ դիրքում C-ի՝ T-ով փոխարինումից։ Այս փոփոխությունը չի փոխում ամինաթթուն։ Այն ակտիվացնում է թաքնված սպլայսինգի տեղամաս, ինչի հետևանքով լամին A սպիտակուցից հեռացվում են 50 ամինաթթուներ։ Կարճացած արտադրանքը, որը կոչվում է պրոգերին, կորցնում է այն ճեղքման տեղամասը, որը սովորաբար բջջին թույլ կտար հեռացնել դրա ֆարնեզիլային խարիսխը։ Ուստի պրոգերինը մշտապես մնում է ֆարնեզիլացված և կպած կորիզի ներքին թաղանթին, մինչդեռ բնականոն լամին A-ն պարբերաբար միանում է այդ թաղանթին և անջատվում դրանից։
Կորիզում առաջացող հետևանքները լավ փաստագրված են և տեսանելի են մանրադիտակով։ Հարթ օվալաձև տեսքը պահպանելու փոխարեն կորիզները արտափքումներ են առաջացնում և կնճռոտվում։ Հետերոքրոմատինը՝ խիտ փաթեթավորված, գենային ակտիվություն չցուցաբերող ԴՆԹ-ն, որը սովորաբար պատում է կորիզի եզրը, նոսրանում է։ Հազարավոր գեների արտահայտությունը փոխվում է։ Պատկերացրեք կորիզային լամինան որպես պաստառի հետևում գտնվող հենակմախք․ երբ հենակմախքի մի հատվածը եռակցված է սխալ դիրքում, պատն արտափքվում է, իսկ պաստառի նախշը խեղաթյուրվում է ամբողջ սենյակում։
Ուսումնասիրությունում օգտագործվել են պրոգերիայով պացիենտների մաշկի ֆիբրոբլաստներ՝ նույն թվով պասաժներ անցած հսկիչ բջիջների հետ միասին, ինչպես նաև երկրորդ բջջային գիծ, որը փոփոխվել էր այնպես, որ բնականոն ֆիբրոբլաստներն անմիջապես պրոգերին արտադրեին։ Փոփոխված բջիջներում զարգացել են նույն արատները, ինչը պատճառը վերագրում է պրոգերինին, այլ ոչ թե պացիենտների պատմությանը կամ կուլտուրայում անցկացրած ժամանակին։ Արտահայտվածությունը կախված էր քանակից․ ավելի շատ պրոգերին արտահայտող գծում բոլոր առումներով ավելի ծանր արատներ էին նկատվում։
Ինչ տեսք ունեին միտոքոնդրիումները
Առողջ ֆիբրոբլաստների միտոքոնդրիումները կազմում են կորիզի շուրջ ճյուղավորված ցանց՝ երկար խողովակաձև կառուցվածքներով, որոնք շարժվում են բջջակմախքի ուղիներով։ Պրոգերիայի բջջային գծերում այդ ցանցը վերացել էր։ Միտոքոնդրիումների ավելի մեծ մասն էր մասնատված, շատերն ուռած էին, իսկ էլեկտրոնային մանրադիտակով դիտարկումը ցույց էր տալիս ծանր վնասված օրգանելների մոտավորապես կրկնակի ավելացում։ Ժամանակային հաջորդականությամբ պատկերագրումը ցույց էր տալիս, որ դրանք հսկիչ բջիջների համեմատ ավելի կարճ տարածություններ էին անցնում և ավելի դանդաղ էին շարժվում։
Կառուցվածքի փոփոխությանը հետևել էր գործառույթի փոփոխությունը։ Միտոքոնդրիալ սուպերօքսիդի և ամբողջ բջջում օքսիդանտների մակարդակները բարձրացել էին։ Ավելի շատ բջիջներում էր նկատվում թաղանթային պոտենցիալի խախտում։ ATP-ի արտադրությունը նվազել էր։ Առանձին վերցրած՝ սրանցից ոչ մեկը զարմանալի չէ, քանի որ վնասված միտոքոնդրիումներից արտահոսում են թթվածնի ռեակտիվ տեսակներ, և դրանք ավելի քիչ էներգիա են արտադրում։ Նորությունն առաջարկվող պատճառն էր։ PGC-1alpha-ի՝ տրանսկրիպցիոն համակտիվացնողի արտահայտությունը, որը միտոքոնդրիալ կենսագոյացումն առաջ է մղում այնպիսի ներքևի օղակի գործոնների միջոցով, ինչպիսիք են NRF1-ը, TFAM-ը և միաձուլման ու բաժանման կարգավորիչներ MFN1-ը, MFN2-ը, OPA1-ը, FIS1-ը և DRP1-ը, պրոգերիայի բջիջներում mRNA-ի մակարդակում ճնշված էր մոտ ութ անգամ՝ սպիտակուցի համապատասխան նվազմամբ։ Թվում էր, թե պրոգերինը ճնշում է միտոքոնդրիումների ստեղծման և պահպանման գլխավոր անջատիչը։ Կորիզային լամինայի վնասման և էներգետիկ նյութափոխանակության այս կապը միտոքոնդրիալ էներգիայի արտադրության ավելի լայն պատկերի մաս է, իսկ նույն հավասարակշռության օքսիդանտային կողմը ներկայացված է օքսիդատիվ սթրեսի և ROS-ի վերահսկման թեմայում։
Ինչ փոխեց մեթիլեն կապույտը
Հետազոտողները շաբաթներ շարունակ բջիջներն անընդհատ մշակել են մեթիլեն կապույտով՝ 100 nanomolar ցածր կոնցենտրացիայով։ Բջջային կուլտուրայի տեսանկյունից սա երկարատև, մեղմ ազդեցություն է, ոչ թե դեղի կարճատև ներգործություն։ Մեթիլեն կապույտը հերթափոխվում է օքսիդացված և վերականգնված ձևերի միջև և կարող է էլեկտրոններ տեղափոխել միտոքոնդրիումների ներսում։ Այդ պատճառով այն նկարագրվում է որպես միտոքոնդրիումներին ուղղված օքսիդավերականգնման միացություն, այլ ոչ թե սովորական հակաօքսիդանտ, որը սպառվում է մեկ օքսիդանտ չեզոքացնելիս։
Միտոքոնդրիումներն արձագանքել են ինչպես բնականոն, այնպես էլ պրոգերիայի բջիջներում։ ATP-ն ավելացել է, օքսիդանտների մակարդակները նվազել են, իսկ ծանր արատներով միտոքոնդրիումների բաժինը փոքրացել է։ PGC-1alpha-ի արտահայտությունը մասնակիորեն վերականգնվել է՝ դրա ներքևի օղակի որոշ թիրախների հետ միասին։ Մինչ այս պահը խոսքը միտոքոնդրիումների ընդհանուր աջակցման ազդեցության մասին է, որը հատուկ չէ պրոգերիային։
Անակնկալը կորիզային արդյունքներն էին, և դրանք հատուկ էին հիվանդ բջիջներին։ Ձևի քանակական վերլուծությունը ցույց է տվել կորիզային արտափքումների նվազում։ Լամիններ A-ի և C-ի ընդհանուր քանակներն ավելացել են։ Ամենաուշագրավը պրոգերինի վերաբաշխումն էր․ չմշակված պրոգերիայի բջիջներում պրոգերինի միայն մոտ 30 տոկոսն էր գտնվում կորիզապլազմայի լուծելի ֆրակցիայում, իսկ մնացածը խարսխված էր թաղանթին։ Մշակումից հետո լուծելի բաժինն աճել է մինչև մոտավորապես 65 տոկոս՝ մոտենալով բնականոն լամինի վարքագծին։ Թաղանթից ազատված պրոգերինն իր հետ ավելի քիչ հարևան մոլեկուլներ է քաշում, և լամիններ A-ի ու C-ի լուծելի ֆրակցիաները նույնպես վերականգնվել են։
Այդ ազատման հետևանքով բարելավվել են երկու կորիզային ֆենոտիպեր։ Կորիզի շուրջ գտնվող հետերոքրոմատինը, որն ուսումնասիրվել է էլեկտրոնային մանրադիտակով և հետերոքրոմատինի HP1-alpha սպիտակուցի ներկմամբ, տեսանելիորեն վերականգնվել է։ Իսկ RNA-ի սեքվենավորումը ցույց է տվել, որ տրանսկրիպտոմը շարժվում է դեպի բնականոն վիճակ․ չմշակված պրոգերիայի բջիջները հսկիչներից տարբերվում էին ավելի քան 3,200 գեներով, մինչդեռ մշակված պրոգերիայի բջիջները տարբերվում էին մոտ 1,670 գեներով։ Բնականոն բջիջներում նույն մշակումը փոխել է ընդամենը մի քանի տասնյակ գեներ, ինչը վկայում է, որ կորիզային ազդեցությունը կապված է պրոգերինի հետ, այլ ոչ թե տրանսկրիպցիայի ընդհանուր կտրուկ փոփոխություն է։ Այն սկզբունքը, որ բջջային և կենդանական մոդելները պատասխանում են ավելի նեղ հարցերի, քան ենթադրում են դրանց վերնագրերը, բացատրված է ինչպես կարդալ մեթիլեն կապույտի հետազոտությունները հոդվածում։
Ինչու սա բուժում չէ
Չորս սահմանափակում այս ուսումնասիրությունը պահում են այնտեղ, որտեղ դրա տեղն է՝ լաբորատորիայում։
Առաջին՝ ամեն ինչ տեղի է ունեցել լաբորատոր ամաններում։ Կուլտուրայում ֆիբրոբլաստները չունեն արյունամատակարարում, իմունային միջավայր, հյուսվածքային կառուցվածք և ամբողջ օրգանիզմի դեղաբանական պայմաններ, որոնք որոշում են՝ միացությունն առհասարակ հասնո՞ւմ է թիրախին։ Այս աշխատանքում ոչ մի կենդանու նյութ չի տրվել և ոչ մի պացիենտ չի բուժվել։
Երկրորդ՝ պրոգերիայի ֆիբրոբլաստները մեկ տեսակի բջիջների մոդել են։ Հիվանդությունը մահվան է հանգեցնում հիմնականում զարկերակների, ոսկրային և ճարպային հյուսվածքների ախտահարման միջոցով, իսկ ուսումնասիրությունում ստուգվել են միայն ֆիբրոբլաստներն ու հարթ մկանների մեկ պատրաստուկ։ Այլ հյուսվածքները կարող են այլ կերպ արձագանքել։
Երրորդ՝ կորիզային վերականգնումը ստացվել է կուլտուրայի սննդային միջավայրում շաբաթներ տևած անընդհատ նանոմոլային ազդեցությունից։ Լաբորատոր ամանի կոնցենտրացիաները դեղաչափեր չեն, և հոդվածում ոչինչ սննդային միջավայրի 100 nanomolar կոնցենտրացիան չի վերածում մարդու համար կիրառման սխեմայի։ Բժշկության այլ ոլորտներում մեթիլեն կապույտն ունի դեղաչափից կախված իր արձագանքն ու անվտանգության բնութագիրը, իսկ այս ուսումնասիրությունը տնային օգտագործման համար որևէ հիմք չի տալիս։ Անվտանգության ընդհանուր համատեքստը ներկայացված է մեթիլեն կապույտի անվտանգությունն ու կողմնակի ազդեցությունները հոդվածում։
Չորրորդ՝ պրոգերիան բնականոն ծերացում չէ։ Այն մեկ մուտացիայով պայմանավորված հազվադեպ հիվանդություն է, որի դեպքում կորիզային հենակմախքը վնասվում է որոշակի ձևով։ Բջջային կուլտուրաներում այդ առանձնահատուկ վնասումը մեղմող միացությունը քիչ բան է ասում առանց այդ մուտացիայի մարդկանց ծերացման մասին։ Բջջային ֆենոտիպը պատուհան է դեպի կորիզի և միտոքոնդրիումների փոխազդեցությունը, այլ ոչ թե երկարակեցության վերաբերյալ արդյունք։
Ուստի արդար ամփոփումը պետք է պայմանական լինի։ Պրոգերիայի ֆիբրոբլաստներում պրոգերինը ճնշում է PGC-1alpha-ն՝ միտոքոնդրիումները թողնելով մասնատված, դանդաղաշարժ, օքսիդանտներով հարուստ և էներգիայով աղքատ վիճակում։ Ցածր կոնցենտրացիայով մեթիլեն կապույտը բոլոր բջիջներում վերականգնել է միտոքոնդրիալ ցուցանիշները և հիվանդ բջիջներում լրացուցիչ ազատել պրոգերինը կորիզային թաղանթից՝ կորիզի ձևի, հետերոքրոմատինի և գեների արտահայտության մասնակի վերականգնմամբ։ Այդ երկակի ազդեցությունը ուսումնասիրությունը դարձնում է ուշադրության արժանի։ Այն մեթիլեն կապույտը չի դարձնում պրոգերիայի կամ ծերացման բուժման միջոց։