Метилен көгү, Nrf2 жана митохондриялык биогенез тууралуу түшүндүрмө

Метилен көгү тууралуу жазылган тексттерде бир сүйлөм көп кездешет: ал Nrf2ни активдештирип, жаңы митохондрияларды түзөт. Бул сүйлөм бир эле ырастоо сыяктуу окулат, бирок анда ар башка системаларда, ар башка түрдөгү далилдер менен изилденген эки башка түшүнүк камтылган. Биринчиси — коргонуу гендерин ишке киргизген сенсорго негизделген сигналдык жол. Экинчиси — клетка көбүрөөк митохондриялык түзүлүштөрдү жасаган курулуш программасы. Сигнал курулушту башташы мүмкүн, бирок сигнал берилгенин көрсөтүү имарат курулганын көрсөтүүгө тете эмес; курулуш материалы көбөйгөнүн көрсөтүү да энергия менен камсыздоо жакшырганын көрсөтүүгө тете эмес. Бул макала ушул үч нерсени өз-өзүнчө карайт.

Nrf2 түшүнүгү: калкан эмес, сенсор

Nrf2 (эритроиддик ядролук фактор 2ге байланышкан фактор 2) — транскрипциялык фактор, башкача айтканда, гендерди ишке киргизүүчү белок. Тынч абалда аны Keap1 деп аталган сенсордук белок цитоплазмада кармап, үзгүлтүксүз бузулушу үчүн клетканын жок кылуу аппаратына өткөрүп турат. Кычкылдандыргычтар же электрофилдер Keap1деги реакцияга жөндөмдүү цистеиндерди өзгөрткөндө, бул жок кылуу токтойт. Жаңы түзүлгөн Nrf2 топтолуп, ядрого өтөт, кичине Maf белоктору менен жупташып, ДНКнын антиоксиданттык жооп элементтери деп аталган ырааттуулуктарына байланышат. Бул байланышуу коргонуу гендеринин бүтүндөй тобун ишке киргизет.

Бул жолдун негизги көрсөткүчтөрү так аныкталган. NQO1 (NAD(P)H хинон дегидрогеназасы 1) жана TrxR1 (тиоредоксин редуктазасы 1) — Nrf2нин эң ишенимдүү бута-гендеринин катарында. HO-1 (гемоксигеназа-1) күчтүү индукцияланат, бирок башка жөнгө салуучуларга да жооп берет. SOD жана каталаза сыяктуу ферменттер антиоксиданттык аппараттын бөлүгү, бирок алардын деңгээли көптөгөн транскрипциялык факторлор тарабынан жөнгө салынат. Ошондуктан SODдун жогорулашы өзүнчө эле анын себеби Nrf2 болгонун далилдебейт. Сигналдык окуяга эң жакын далилдер — ядродо Nrf2нин топтолушу, ARE репортерунун активдешүүсү же Nrf2 жок кылынганда жоголуп кетүүчү негизги бута-гендердин индукциясы. Калган нерселердин баары — кычкылдандыргычтардын деңгээлинин төмөндөшү, стресс учурунда жашап калуунун жакшырышы, глутатиондун көбөйүшү — көптөгөн жолдор жарата алган кийинки таасирлер.

Бул тарыхтагы метилен көгүнө байланышкан эң алгачкы натыйжа далилдердин ушул шкаласында сигналга жакын орунда турат. Наномолярдык концентрациядагы метилен көгү таасир эткен фибробласттарда клеткалык картаюу кечеңдеп, ошол эле учурда IV комплекстин көлөмү жана кычкылтек керектөө жогорулап, 2-фазанын TrxR1 жана NQO1 ферменттери индукцияланган. Бул метилен көгүн митохондриялардын ишинин күчөшү жана клеткалык картаюунун кечеңдеши менен биринчи жолу байланыштырган изилдөөдө баяндалган. TrxR1 жана NQO1 — кылдат окурман көргүсү келген дал ошол негизги Nrf2 бута-гендери. Бирок изилдөө сигналдык окуянын өзүн көрсөткөн эмес: ядролук Nrf2 өлчөнгөн эмес, ARE репортеру колдонулган эмес, Nrf2 нокауту менен көзөмөл жүргүзүлгөн эмес. Демек, так жыйынтык мындай: бул системада метилен көгү белгилүү Nrf2 бута-гендерин индукциялайт; бул Nrf2нин активдешүүсүнө шайкеш келет, бирок Nrf2ни өзүнчө себеп катары бөлүп көрсөтпөйт. Бута-гендин индукциясы — жөнгө салуучу которгучтан кийинки бир кадам.

Биогенез түшүнүгү: үч текшерүү баскычы бар программа

Митохондриялык биогенез — клетканын митохондриялык мүмкүнчүлүктөрүн көбөйтүүчү программа. Окуу китептеринде сүрөттөлгөн иерархиясы үч текшерүү баскычынан өтөт. Биринчиден, PGC-1alpha коактиватору программаны ишке киргизет. Экинчиден, ядролук транскрипциялык факторлор митохондриялык гендердин, анын ичинде митохондриялык ДНКны сактап, репликациялаган TFAMдын экспрессиясын күчөтөт. Бул жерде аталыштар чаташтырышы мүмкүн: факторлордун бири NRF1, башкача айтканда, ядролук респиратордук фактор 1 деп аталат, бирок ал Nrf2ден башка белок. Үчүнчүдөн, клеткада митохондриялык геномдор жана дем алуу аппараты көбөйөт. Муну mtDNA көчүрмөлөрүнүн саны, цитратсинтазанын активдүүлүгү же дем алуу комплекстеринин көлөмү жана активдүүлүгү аркылуу өлчөөгө болот.

Ар бир баскыч мурдагысына салыштырмалуу ырастоонун күчүн өзгөртөт. PGC-1alpha же TFAMдын маалыматтык РНКсынын көбөйүшү программага буйрук берилгенин көрсөтөт, бирок анын аткарылганын көрсөтпөйт. mtDNAнын же IV комплекстин белогунун көбөйүшү материал көбөйгөнүн көрсөтөт, бирок кайра түзүлгөн митохондриялар да ушундай көрүнүшү мүмкүн. Дем алуунун жакшырышы, кычкылтек керектөөнүн же комплекстин активдүүлүгүнүн жогорулашы функция өзгөргөнүн көрсөтөт, бирок функция жаңы митохондриялар таптакыр пайда болбостон да жакшырышы мүмкүн. Биогенез тууралуу күчтүү ырастоо үчөөнү тең айкалыштырат: жөнгө салуучу, курамдык көлөм жана функция.

Фибробласттарга жүргүзүлгөн кийинки изилдөө бул чынжырдын көпчүлүк баскычтарын караган. 100 наномолярдык метилен көгү менен иштетилген адамдын IMR90 клеткаларында NADдын NADHга катышы 15 мүнөттүн ичинде убактылуу жогорулап, бир күндүн ичинде баштапкы деңгээлине кайткан. Бул убактылуу энергетикалык сигналдан кийин энергия сенсору AMPKнын убактылуу фосфорлонуусу, андан соң PGC-1alphaнын жана иштей турган IV комплексти чогултуу үчүн зарыл болгон SURF1 белогунун индукциясы байкалган. IV комплекстин активдүүлүгү болжол менен эки эсеге жогорулап, клеткадагы кычкылдандыргычтар болжол менен 28 пайызга азайган, ал эми теломерлер жайыраак кыскарган. Толук ырааттуулук метилен көгүнүн кычкылдануу-калыбына келүү активдүүлүгүн AMPK жана митохондриялык биогенез менен байланыштырган макалада берилген.

Бул макаладагы эки жагдайга көңүл буруу керек, анткени дал ушундай майда-чүйдөсү көп учурда айтылбай калат. Биринчиден, активдешүүнүн болушуна караганда анын мүнөзү маанилүүрөөк болгон: метилен көгү AMPKны убактылуу активдештирген, ал эми салыштыруу үчүн колдонулган AICAR препараты аны узакка активдештирген. Убактылуу активдештирүүчү зат клеткалык картаюуну болжол менен сегиз эсе натыйжалуураак кечеңдеткен. Ошондуктан «метилен көгү AMPKны активдештирет» деген ырастоо толук эмес; маанилүү ырастоо — ал AMPKны убактылуу активдештирет. Салыштыруу болсо узакка созулган активдешүү ошол эле натыйжаны бербеши мүмкүн экенин көрсөтөт. Экинчиден, метилен көгү клеткалык циклди өзгөрткөн эмес. Бул эң жөнөкөй альтернативдүү түшүндүрмөнү — клеткалар жөн гана жайыраак бөлүнүп, ошондон улам жашыраак көрүнгөн деген ойду — четтетет.

Чычкандардагы багыт: жүрүм-турум, геномдор жана атайылап парадокстуу түрткү

Клетка өстүрмөлөрүндөгү ишти орто курактагы чычкандарды изилдеген топ жаныбарларга жайылткан. Метилен көгүн 60 күн ооз аркылуу алгандан кийин, дарыланган чычкандар дарыланбаган кары чычкандарга салыштырмалуу физикалык чыдамкайлыгын жана айлана-чөйрөнү изилдөө жүрүм-турумун көбүрөөк сактап, тынчсызданууга окшош жүрүм-турумду азыраак көрсөткөн. Мээ ткандарында картаюудан улам басаңдаган NRF1, TFAM, SOD2 жана IV комплекстин COX1 суббирдигинин гендери жетилген курактагы деңгээлдерге жакындап калыбына келген, ал эми mtDNA көчүрмөлөрүнүн саны көбөйгөн. Жүрүм-турум, жөнгө салуучулар жана геномдордун көлөмү боюнча бул натыйжалар метилен көгү жана мээдеги митохондриялык биогенез тууралуу орто курактагы чычкандарга жүргүзүлгөн изилдөөдө баяндалган.

Сунушталган баштоочу түрткү кызыктуу, анткени ал метилен көгү антиоксидант деген жөнөкөй түшүнүккө каршы келет. Дарыланган чычкандардын мээ митохондрияларында кычкылтектин реактивдүү түрлөрүнүн, тактап айтканда суутек пероксидинин пайда болушу жогорулаган. Авторлордун божомолу боюнча, алсыз пероксиддик сигнал Nrf2 жолун активдештирип, ал өз кезегинде биогенез программасын ишке киргизет. Бул моделде метилен көгү баштоочу баскычта прооксидант, ал эми натыйжа баскычында антиоксидант болуп саналат. Фармакологдор мындай көрүнүштү гормезис деп аташат: аз өлчөмдөгү стресс ошол стресстин өзүнөн күчтүүрөөк коргонуу жообун жаратат. Пероксиддин көбөйүшү чындап эле Nrf2нин активдешүүсүнө себеп болобу — бул түздөн-түз текшерилген эмес; бул өлчөнгөн байланыш эмес, сунушталган көпүрө.

Ошол эле топтун кошумча изилдөөсү бул божомолдун коопсуздук жагын катаал шарттарда текшерген. Бөлүп алынган мээ митохондрияларында метилен көгү суутек пероксидинин өндүрүлүшүн 50 наномолярдай төмөн концентрацияда эле жогорулаткан, бирок терапиялык концентрацияларда митохондриялык ДНКга аныктала турган зыян келтирген эмес. Терапиялык деңгээлдерден кыйла жогору болгон 100 микромолярдык концентрацияда гана mtDNAнын айрым фрагменттеринде зыян байкалган. Ал эми 20 микромолярдык боёкту кызыл жарык менен айкалыштыруу mtDNAга кеңири зыян келтирген синглеттик кычкылтекти пайда кылган. Бул боёктун караңгыдагы фармакологиясы эмес, анын белгилүү фотосенсибилизатордук касиети. Алдын ала иштетүү атүгүл ортоңку мээнин вентралдык бөлүгүнүн митохондрияларын ротенон жараткан mtDNA жабыркоолорунан коргогон. Дозага жараша жооп жана генотоксикалуулукту текшерүүчү көзөмөлдөр метилен көгүнүн генотоксикалык таасирсиз пероксид өндүрүшү тууралуу изилдөөдө кеңири берилген.

Өлчөнгөн жана божомолдонгон: схеманы окуу

Төмөндөгү сигналдык жол схемасы текстте жасалган айырманы так көрсөтүү үчүн ушул макалага атайын чийилген. Туташ чек аралуу кутучалар метилен көгү тууралуу илимий адабияттарда түз эксперименттик далилдери бар баскычтарды көрсөтөт: NAD/NADH катышын өзгөрткөн кычкылдануу-калыбына келүү цикли, AMPKнын убактылуу фосфорлонуусу, PGC-1alpha жана SURF1 индукциясы, IV комплекстин активдүүлүгүнүн жогорулашы, NQO1 жана TrxR1 индукциясы, чычкандын мээсинде биогенез гендеринин экспрессиясынын жана mtDNA көчүрмөлөрүнүн санынын калыбына келиши, ошондой эле терапиялык дозаларда mtDNA жабыркабастан пероксиддин көбөйүшү. Үзүк чек аралуу кутучалар божомолдонгон байланыштарды көрсөтөт: Keap1дин пероксиддик сигналды сезиши, ядродо Nrf2нин топтолуп коргонуу гендерин ишке киргизиши жана Nrf2нин активдешүүсүнөн биогенез программасына багытталган себептик жебе. Бул үзүк сызыктуу баскычтар ыктымалдуу, маалыматтарга шайкеш келет жана окуу китептериндеги жалпы биологияга туура келет. Бирок бул макалаларда аларды туташ чек аралуу кутучаларга өткөрүүгө мүмкүндүк бере турган көзөмөлдөр менен — ядролук Nrf2, ARE репортерлору, Nrf2 нокауту — өлчөшкөн эмес.

Схема алдыңызда турганда үч жаңылыш түшүнүк байкалат. Биринчиден, NRF1 жана Nrf2 — аттары дээрлик бирдей болгону менен, ар башка белоктор. Чычкандардагы изилдөө антиоксиданттык транскрипциялык факторду эмес, биогенезди жөнгө салуучу ядролук респиратордук фактор 1ди өлчөгөн. Аларды бирдей деп эсептөө бүтүндөй схеманы бир түйүнгө бириктирип салат. Экинчиден, гендердин экспрессиясы — окуянын аягы эмес, башталышы. TFAM же COX1дин маалыматтык РНКсынын калыбына келиши биогенезге буйрук берилгенин колдойт, ал эми mtDNA көчүрмөлөрүнүн саны жана IV комплекстин активдүүлүгү ошол буйруктун аткарылганына далил болот. Үчүнчүдөн, антиоксиданттык натыйжа Nrf2 жолу аркылуу болгонун далилдебейт. Фибробласттардагы кычкылдандыргычтардын 28 пайызга азайышы жана чычкандардагы ротенондон коргонуу — чыныгы кийинки таасирлер, бирок аларга бир нече жол алып келиши мүмкүн.

Үзүк чек аралуу кутучаны эмне туташ чек аралуу кутучага айлантат

Жетишпеген эксперименттер — стандарттуу эксперименттер. Метилен көгүнүн таасиринен кийин ядродогу Nrf2 белогун AMPKнын убактылуу сигналына дал келген убакыт аралыктарында өлчөө, синхрондуу активдешүү гипотезасы айткандай, эки бутак чындап бирге ишке киреби деген суроону текшермек. ARE башкарган репортер транскрипциялык активдүүлүктү бута-гендерден жоромолдобостон, түз ырастамак. Nrf2нин экспрессиясы басаңдатылган же Nrf2 толук жок кылынган шарттарда биогенез көрсөткүчтөрүн кайра өлчөө себептик жебени түз текшермек: эгер IV комплекстин индукциясы жана mtDNAнын көбөйүшү Nrf2сиз да сакталып калса, анда бул көпүрө туура эмес, ал эми таасирди AMPK бутагы жалгыз камсыз кылат. Жаныбарларда болсо ошол эле үч баскычты — жөнгө салуучу, курамдык көлөм, функция — камтыган узак мөөнөттүү дозалоо изилдөөсү программа иштей береби же ыңгайлашабы деген суроону текшермек. Ага чейин энергия жана коргонуу жолдорунун синхрондуу активдешүүсү авторлор атаган бойдон калат: аныкталган механизм эмес, мүмкүн болгон негизги фактор.

Жалпы фармакологиядан келген окурмандарга кеңири контекст керек болушу мүмкүн: метилен көгү митохондриялык деңгээлде электрондорду кантип ташыйт, митохондрияларга жана клеткалык энергияга дагы кандай таасир этет, клеткалык картаюуга байланышкан натыйжалар картаюу изилдөөлөрүндө кандай орун ээлейт, биогенез тууралуу ырастоолор таанып-билүү жөндөмү менен кандай байланышат жана дозалоо боюнча ар бир талкуунун чегин аныктаган коопсуздук маалыматтары кандай. Булардын ар бири өз далилдери бар өзүнчө түшүнүк, жана ар бири ушул макалада Nrf2ге карата колдонулгандай, өлчөнгөн нерсе менен божомолдонгон нерсени ажыратып кароого татыктуу.