Метилен көгү жана прогерия: клеткалык картаюу моделинен алынган сабактар

Бир гендеги бир тамганын өзгөрүшү балдардын үрөй учурган ылдамдыкта картаюусуна алып келет. Чачтын түшүшү, муундардын катып калышы, артериялардын тарышы жана өспүрүм курак менен чектелген өмүр узактыгы. Бул оору Хатчинсон–Гилфорд прогерия синдрому деп аталат. Көп жылдар бою аны изилдөө мутанттык белок зыян келтирген ядронун айланасында жүргөн. Мэриленд университетинин 2016-жылкы изилдөөсү башка суроону койгон: бул клеткалардагы митохондриялар кандай көрүнөт? Жооп клетканын эки бөлүгүн байланыштырды, ал эми жүз жылдык тарыхы бар көк боёк экөөнө тең таасир этти.

Бул — Сюн жана анын кесиптештеринин 2016-жылы Aging Cell журналында жарыяланган изилдөөсү. Анда толугу менен өстүрүлгөн клеткалар колдонулган. Төмөндөгү маалыматтын баарын ушул факт аныктайт. Табылгалар чыныгы жана конкреттүү. Алардын кандайдыр бир дарылоодон канчалык алыс экени да ошончолук айкын.

Модель: бир мутация, бир жабышкак белок

Прогерия LMNA генинин 1824-позициясындагы C тамгасынын T тамгасына алмашышынан башталат. Бул өзгөрүү аминокислотаны өзгөртпөйт. Ал жашыруун сплайсинг участогун активдештирип, ламин A белогунан 50 аминокислотанын алынып салынышына алып келет. Прогерин деп аталган кыскарган продукт клеткага анын фарнезилдик бекиткичин адатта алып салууга мүмкүндүк берген ажыратуу участогун жоготот. Ошондуктан прогерин туруктуу фарнезилденген бойдон калып, ядронун ички мембранасына жабышып турат. Ал эми кадимки ламин A бул жерде кезектешип байланып, кайра ажырап турат.

Ядродогу кесепеттер жакшы документтештирилген жана микроскоптон көрүнөт. Ядролор жылмакай сүйрү формасын сактоонун ордуна томпоюп, бырышат. Адатта ядронун четин бойлой жайгашкан, тыгыз топтолгон жана активдүү эмес ДНК — гетерохроматин — жукарып кетет. Миңдеген гендердин экспрессиясы өзгөрөт. Ядролук ламинаны тушкагаздын артындагы тирөөч каркас катары элестетиңиз: каркастын бир бөлүгү туура эмес жерге ширетилип калса, дубал томпоюп, бөлмөдөгү тушкагаздын бүт оймо-чиймеси бузулат.

Изилдөөдө прогериясы бар бейтаптардын терисинен алынган фибробласттар пассаж саны бирдей болгон контролдук клеткалар менен катар колдонулган. Мындан тышкары, кадимки фибробласттар прогеринди түздөн-түз өндүрө тургандай өзгөртүлгөн экинчи клеткалык линия пайдаланылган. Өзгөртүлгөн клеткаларда да ошол эле кемтиктер пайда болгон. Бул алардын себеби бейтаптардын мурдагы абалы же культурада өткөргөн убакыт эмес, прогерин экенин көрсөтөт. Кемтиктердин оордугу прогериндин көлөмүнө жараша болгон: прогеринди көбүрөөк өндүргөн линияда бардык көрсөткүчтөр боюнча кемтиктер оорураак чыккан.

Митохондриялар кандай көрүнгөн

Дени сак фибробласттардын митохондриялары ядронун айланасында бутакталган тармакты түзөт. Алар цитоскелеттин жолдору боюнча жылган узун түтүкчөлөр түрүндө болот. Прогерия линияларында бул тармак жок болгон. Митохондриялардын көбүрөөк бөлүгү майдаланып, көбү шишип кеткен. Электрондук микроскопия катуу жабыркаган органеллалардын саны болжол менен эки эсе көбөйгөнүн көрсөткөн. Убакыт аралыктары менен тартылган сүрөттөр алардын контролдук клеткаларга салыштырмалуу кыскараак аралыкка жана жайыраак ылдамдыкта жылганын көрсөткөн.

Түзүлүштөгү өзгөрүүнүн артынан иштеши да өзгөргөн. Митохондриялык супероксиддин жана бүт клеткадагы кычкылдандыргычтардын деңгээли жогорулаган. Мембраналык потенциалы бузулган клеткалар көбөйгөн. ATP өндүрүү азайган. Өзүнчө алганда мунун эч бири таң калыштуу эмес: жабыркаган митохондриялар кычкылтектин реактивдүү формаларын бөлүп чыгарып, азыраак энергия өндүрөт. Жаңы нерсе — сунушталган себеп болгон. NRF1, TFAM жана биригүү менен бөлүнүүнү жөнгө салган MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 жана DRP1 сыяктуу кийинки баскычтагы факторлор аркылуу митохондриялык биогенезди жетектеген транскрипциялык коактиватор PGC-1alpha прогерия клеткаларында mRNA деңгээлинде болжол менен сегиз эсе басаңдаган. Белоктун көлөмү да ошого жараша азайган. Прогерин митохондрияларды түзүү жана сактоо үчүн негизги өчүргүчтү басаңдатып жаткандай көрүнгөн. Ядролук ламинанын жабыркашы менен энергия алмашуунун ортосундагы бул байланыш митохондриялык энергия өндүрүү тууралуу кеңири түшүндүрмөнүн бир бөлүгү болуп саналат. Ал эми ошол эле тең салмактын кычкылдандыргычтарга байланышкан тарабы кычкылдануу стресси жана ROS көзөмөлү тууралуу материалда каралат.

Метилен көгү эмнени өзгөрткөн

Изилдөөчүлөр клеткаларга төмөн концентрациядагы — 100 наномолярлык — метилен көгүн бир нече жума бою үзгүлтүксүз таасир эттиришкен. Клетка культурасынын шартында бул кыска мөөнөттүү дары таасири эмес, узак жана жумшак таасир болуп эсептелет. Метилен көгү кычкылданган жана калыбына келген формалардын ортосунда алмашып, митохондриялардын ичинде электрондорду ташый алат. Ошондуктан ал бир кычкылдандыргычты нейтралдаштырганда сарпталып калуучу кадимки антиоксидант эмес, митохондрияларга багытталган кычкылдануу-калыбына келүүчү кошулма катары сүрөттөлөт.

Митохондриялар кадимки клеткаларда да, прогерия клеткаларында да жооп берген. ATP көбөйүп, кычкылдандыргычтардын деңгээли төмөндөгөн жана катуу кемтиктүү митохондриялардын үлүшү азайган. PGC-1alpha экспрессиясы анын кийинки баскычтагы айрым бута-факторлору менен кошо жарым-жартылай калыбына келген. Бул жерге чейинкиси — прогерияга гана мүнөздүү эмес, митохондриялардын ишин жалпы колдоочу таасир.

Ядродогу жыйынтыктар күтүүсүз болгон жана алар ооруга чалдыккан клеткаларга гана тиешелүү болгон. Форманы сандык талдоо ядродогу томпоктор азайганын көрсөткөн. Ламин A жана Cнин жалпы көлөмү көбөйгөн. Эң таң калыштуусу, прогериндин жайгашуусу өзгөргөн: иштетилбеген прогерия клеткаларында прогериндин болжол менен 30 пайызы гана нуклеоплазманын эрүүчү фракциясында болуп, калганы мембранага бекитилген. Иштетүүдөн кийин эрүүчү бөлүктүн үлүшү болжол менен 65 пайызга жетип, кадимки ламиндин жүрүм-турумуна жакындаган. Мембранадан бошогон прогерин кошуна белокторду өзү менен азыраак тартып, ламин A жана Cнин эрүүчү фракциялары да калыбына келген.

Бул бошонуунун натыйжасында ядронун эки фенотиптик белгиси жакшырган. Электрондук микроскопия жана HP1-alpha гетерохроматин белогун боёо аркылуу текшерилген ядронун четиндеги гетерохроматин көзгө көрүнөрлүк калыбына келген. Ал эми RNA секвенирлөө транскриптомдун кадимки абалга жакындаганын көрсөткөн: иштетилбеген прогерия клеткалары контролдук клеткалардан 3,200дөн ашык ген боюнча айырмаланса, иштетилген прогерия клеткалары болжол менен 1,670 ген боюнча айырмаланган. Кадимки клеткаларда ошол эле иштетүү бир нече ондогон гана генди өзгөрткөн. Бул ядролук таасир транскрипциянын жалпы кескин өзгөрүшүнө эмес, прогеринге байланыштуу экенин көрсөтөт. Клеткалардагы жана жаныбарлардагы тажрыйбалар алардын аталыштары ишара кылганга караганда тар суроолорго жооп берет деген принцип метилен көгү боюнча изилдөөлөрдү кантип окуу керек деген макалада түшүндүрүлгөн.

Эмне үчүн бул дарылоо эмес

Төрт чектөө бул изилдөөнү өз ордунда — лабораториянын ичинде — кармап турат.

Биринчиден, баары лабораториялык идиштерде болгон. Культурадагы фибробласттарда кан менен камсыздоо, иммундук чөйрө, ткандардын түзүлүшү жана кошулма бутага таптакыр жетеби же жокпу дегенди аныктаган бүт организмдин фармакологиясы жок. Бул эмгекте эч бир жаныбарга зат берилген эмес жана эч бир бейтап дарыланган эмес.

Экинчиден, прогерия фибробласттары бир клетка түрүнүн модели гана. Бул ооруда өлүмгө алып келген негизги өзгөрүүлөр артерияларда, сөөктө жана май ткандарында болот. Ал эми изилдөөдө фибробласттар жана жылмакай булчуң клеткаларынын бир препараты гана текшерилген. Башка ткандар өзүн башкача алып жүрүшү мүмкүн.

Үчүнчүдөн, ядронун калыбына келиши культуралык чөйрөдө бир нече жума бою үзгүлтүксүз наномолярлык таасирден кийин болгон. Идиштеги концентрациялар доза болуп эсептелбейт жана эмгекте чөйрөдөгү 100 наномолярлык концентрацияны адамга колдонуу схемасына айландырган эч нерсе жок. Метилен көгүнүн медицинанын башка тармактарында дозага жараша өз жообу жана коопсуздук профили бар. Бул изилдөө аны үй шартында колдонууга эч кандай негиз бербейт. Коопсуздук тууралуу жалпы маалымат метилен көгүнүн коопсуздугу жана терс таасирлери деген макалада берилет.

Төртүнчүдөн, прогерия кадимки картаюу эмес. Бул — бир мутациядан келип чыккан, ядролук каркас белгилүү бир жол менен бузулган сейрек оору. Өстүрүлгөн клеткаларда ошол конкреттүү бузулууну жеңилдеткен кошулма бул мутациясы жок адамдардын картаюусу тууралуу дээрлик эч нерсе айтпайт. Клеткалык фенотип узак өмүр сүрүү боюнча жыйынтык эмес, ядро менен митохондриялардын өз ара байланышын түшүнүүгө ачылган терезе.

Ошондуктан туура жыйынтык белгилүү шарттар менен чектелет. Прогерия фибробласттарында прогерин PGC-1alphaны басаңдатып, митохондрияларды майдаланган, жай кыймылдаган, кычкылдандыргычтары көп жана энергиясы аз абалда калтырат. Төмөн концентрациядагы метилен көгү бардык клеткаларда митохондриялык көрсөткүчтөрдү калыбына келтирген. Мындан тышкары, ооруга чалдыккан клеткаларда прогеринди ядролук мембранадан бошотуп, ядронун формасынын, гетерохроматиндин жана гендердин экспрессиясынын жарым-жартылай калыбына келишине алып келген. Ушул кош таасир изилдөө менен таанышууга арзый турганын көрсөтөт. Бирок ал метилен көгүн прогерияны же картаюуну дарылоочу каражат кылбайт.