Methylenblo a Progerie: Erkenntnesser aus engem zellulären Alterungsmodell

D'Ännerung vun engem eenzege Buschtaf an engem Gen léisst Kanner mat enger erschreckender Vitess al ginn. Hoerverloscht, steif Gelenker, verengten Arterien an eng Liewenserwaardung bis an d'Teenagerjoren. Dës Krankheet ass den Hutchinson-Gilford-Progerie-Syndrom, an d'Fuerschung doriwwer huet sech jorelaang op den Zellkär konzentréiert, wou dat mutéiert Protein säi Schued uriicht. Eng Studie vun der University of Maryland aus dem Joer 2016 huet eng aner Fro gestallt: Wéi gesinn d'Mitochondrien an dësen Zellen aus? D'Äntwert huet zwee Kompartimenter vun der Zell matenee verbonnen, an e bloe Faarfstoff, deen et schonn zënter engem Joerhonnert gëtt, huet op béid gewierkt.

Et handelt sech ëm d'Studie vum Xiong a senge Kolleegen, publizéiert an Aging Cell am Joer 2016. Si huet ausschliisslech mat kultivéierten Zelle geschafft. Dës Tatsaach bestëmmt, wéi alles hei drënner anzeuerdnen ass. D'Resultater si reell a spezifesch. Hir Distanz zu iergendenger Behandlung ass genee esou kloer.

De Modell: eng Mutatioun, ee Protein, dat festhänkt

Progerie fänkt mat enger Substitutioun vu C duerch T op der Positioun 1824 vum LMNA-Gen un. Dës Ännerung verännert keng Aminosaier. Si aktivéiert eng verstoppt Spleissplaz, wouduerch 50 Aminosaieren aus dem Lamin-A-Protein ewechfalen. Dat verkierzt Produkt, Progerin genannt, verléiert d'Spaltungsplaz, déi et der Zell normalerweis erméiglecht, säi Farnesylanker ze entfernen. Progerin bleift also permanent farnesyléiert a pecht un der banneschter Kärmembran, wou normalt Lamin A sech ofwiesselnd ubënnt a léist.

D'Konsequenzen am Zellkär si gutt dokumentéiert an ënner engem Mikroskop siichtbar. D'Zellkäre bilden Ausstülpungen a Falen, amplaz eng glat oval Form ze behalen. Den Heterochromatin, déi dicht gepaakten inaktiv DNA, déi normalerweis laanscht de Rand vum Zellkär läit, gëtt méi dënn. D'Expressioun vun Dausende vu Gene verännert sech. Stellt Iech d'Kärlamina wéi e Gerüst hannert enger Tapéit vir: Wann een Deel vum Gerüst op der falscher Plaz festgeschweesst ass, beult d'Mauer aus, an d'Muster vun der Tapéit verzitt sech am ganze Raum.

D'Studie huet Hautfibroblaste vu Progerie-Patiente mat Kontrollzelle vun der selwechter Passagenzuel verglach. Dobäi koum eng zweet Zelllinn, déi esou verännert gi war, datt normal Fibroblasten direkt Progerin produzéiert hunn. Déi verännert Zellen hunn déiselwecht Defekter entwéckelt. Dat weist op Progerin als Ursaach hin, an net op d'Virgeschicht vun de Patienten oder op d'Zäit an der Zellkultur. D'Ausmooss vun den Defekter huet vun der Dosis ofgehaangen: D'Zelllinn, déi méi Progerin expriméiert huet, hat duerchgoend méi staark Defekter.

Wéi d'Mitochondrien ausgesinn hunn

D'Mitochondrie vu gesonde Fibroblaste bilden e verzweigt Netzwierk ronderëm den Zellkär, mat laange Réiercher, déi sech laanscht d'Strukture vum Zytoskelett beweegen. An de Progerie-Zelllinne war dëst Netzwierk verschwonnen. E méi groussen Undeel vun de Mitochondrie war fragmentéiert, vill ware geschwollen, an d'Elektronemikroskopie huet eng ongeféier duebel esou héich Zuel vu schwéier beschiedegten Organelle gewisen. Zäitopname weisen, datt si sech iwwer méi kuerz Distanzen a méi lues beweegt hunn ewéi d'Kontrollen.

D'Funktioun huet der Form entsprach. D'Niveaue vu mitochondrialem Superoxid a vun Oxidanten an der ganzer Zell sinn eropgaangen. Méi Zellen hunn e gestéiert Membranpotenzial gewisen. D'ATP-Produktioun ass erofgaangen. Fir sech geholl ass näischt dovun iwwerraschend, well beschiedegt Mitochondrie reaktiv Sauerstoffspezies fräisetzen a manner Energie produzéieren. Nei war déi virgeschloen Ursaach. PGC-1alpha, den transkriptionelle Koaktivator, deen d'Mitochondriebiogenes iwwer nogeschalt Facteure wéi NRF1, TFAM an d'Fusiouns- a Spaltungsregulateure MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 an DRP1 undreift, war a Progerie-Zellen op mRNA-Niveau ongeféier aachtfach ënnerdréckt, mat engem entspriechende Verloscht u Protein. Et huet ausgesinn, wéi wann Progerin den Haaptschalter fir d'Bildung an den Ënnerhalt vu Mitochondrien erofgereegelt hätt. Dës Verbindung tëscht Schied un der Kärlamina an dem Energiestoffwiessel ass en Deel vun der méi breeder Erklärung vun der mitochondrialer Energieproduktioun. D'Oxidantesäit vum selwechte Gläichgewiicht gëtt am Kader vum oxidative Stress an der ROS-Kontroll behandelt.

Wat Methylenblo verännert huet

D'Fuerscher hunn d'Zelle mat 100 nanomolare Methylenblo, enger niddreger Konzentratioun, kontinuéierlech iwwer Woche behandelt. A Begrëffer vun der Zellkultur ass dat eng laang, mëll Expositioun, keng kuerz Medikamentegab. Methylenblo wiesselt tëscht oxidéierten a reduzéierte Formen a kann Elektrone bannent de Mitochondrien transportéieren. Dofir gëtt et als Redoxverbindung beschriwwen, déi op Mitochondrien ausgeriicht ass, an net als gewéinlechen Antioxidant, dee verbraucht gëtt, wann en een Oxidant neutraliséiert.

D'Mitochondrien hunn esouwuel an normalen ewéi och a Progerie-Zelle reagéiert. ATP ass eropgaangen, d'Oxidantenniveaue sinn erofgaangen, an den Undeel vu schwéier defekte Mitochondrien ass méi kleng ginn. D'Expressioun vu PGC-1alpha huet sech deelweis erholl, zesumme mat e puer vu senge nogeschalten Ziler. Bis dohinner ass dat en allgemengen Ënnerstëtzungseffekt op d'Mitochondrien, net eppes Spezifesches fir Progerie.

D'Resultater am Zellkär waren d'Iwwerraschung, a si ware spezifesch fir déi krank Zellen. Eng quantitativ Formanalys huet gewisen, datt d'Ausstülpunge vum Zellkär ofgeholl hunn. D'Gesamtquantitéite vu Lamin A a C sinn eropgaangen. Am markantste war, datt Progerin sech nei verdeelt huet: An onbehandelte Progerie-Zelle waren nëmmen ongeféier 30 Prozent vum Progerin an der opléisbarer nukleoplasmatescher Fraktioun, wärend de Rescht un der Membran verankert war. No der Behandlung ass den opléisbaren Undeel op ongeféier 65 Prozent geklommen, no un d'Verhale vun normalem Lamin. Wann et vun der Membran geléist ass, zitt Progerin manner vu sengen Nopere mat sech, an och déi opléisbar Fraktioune vu Lamin A a C hunn sech erholl.

Als Folleg vun dëser Fräisetzung hunn sech zwee Phänotype vum Zellkär verbessert. Den Heterochromatin um Rand vum Zellkär, dee mat Elektronemikroskopie a mat Faarwunge fir den Heterochromatinprotein HP1-alpha ënnersicht gouf, war siichtbar erëm hiergestallt. An d'RNA-Sequenzéierung huet gewisen, datt den Transkriptom sech nees a Richtung vum Normalzoustand beweegt huet: Onbehandelt Progerie-Zellen hu sech bei iwwer 3,200 Gene vun de Kontrollen ënnerscheet, wärend behandelt Progerie-Zelle sech bei ongeféier 1,670 Gene ënnerscheet hunn. An normalen Zellen huet déiselwecht Behandlung nëmmen e puer Dose Gene verännert. Dat schwätzt dofir, datt den Effekt op den Zellkär mat Progerin zesummenhänkt, an net en allgemengen Impuls fir d'Transkriptioun ass. De Prinzip, datt Zell- an Déieremodeller méi enk Froe beäntweren, ewéi hir Iwwerschrëften et suggeréieren, gëtt an wéi een d'Fuerschung iwwer Methylenblo liest erkläert.

Firwat dat keng Behandlung ass

Véier Grenze halen dës Studie do, wou se higehéiert: am Laboratoire.

Éischtens ass alles a Kulturschuele geschitt. Fibroblasten an der Kultur hu keng Bluttversuergung, keen immunologesche Kontext, keng Tissuarchitektur an net déi ganzkierperlech Pharmakologie, déi bestëmmt, ob eng Verbindung iwwerhaapt hiert Zil erreecht. Fir dës Publikatioun krut keen Déier eng Dosis a gouf kee Patient behandelt.

Zweetens si Progerie-Fibroblasten e Modell vun engem eenzegen Zelltyp. D'Krankheet féiert virun allem duerch hir Auswierkungen op Arterien, Schanken a Fett zum Doud, an d'Studie huet nëmme Fibroblasten an ee Präparat vu glatem Muskelgeweebe ënnersicht. Aner Tissue kënne sech anescht verhalen.

Drëttens koum d'Erhuelung vum Zellkär no Woche vu kontinuéierlecher nanomolarer Expositioun am Kulturmedium. Konzentratiounen a Kulturschuele si keng Dosen, an näischt an der Publikatioun iwwersetzt 100 nanomolar am Medium an e Behandlungsschema fir Mënschen. Methylenblo huet an anere medezinesche Beräicher seng eegen Dosis-Wierkungs-Bezéiung a säin eegene Sécherheetsprofil, an dës Studie liwwert keng Basis fir eng Uwendung doheem. Den allgemenge Sécherheetskontext gehéiert zu Sécherheet an Niewewierkunge vu Methylenblo.

Véiertens ass Progerie net den normalen Alterungsprozess. Et ass eng rar Krankheet duerch eng eenzeg Mutatioun, bei där d'Gerüst vum Zellkär op eng bestëmmte Manéier beschiedegt gëtt. Eng Verbindung, déi dës spezifesch Schied a kultivéierten Zellen ofschwächt, seet wéineg iwwer d'Alterung bei Mënschen ouni dës Mutatioun aus. Den Zellphänotyp bitt en Abléck an d'Wechselwierkung tëscht Zellkär a Mitochondrien, net e Resultat iwwer d'Liewensverlängerung.

Eng sachlech Zesummefaassung gëllt dofir nëmmen ënner dëse Bedéngungen. A Progerie-Fibroblasten ënnerdréckt Progerin PGC-1alpha a léisst d'Mitochondrien fragmentéiert, lues, räich un Oxidanten an aarm un Energie zeréck. Methylenblo an niddreger Konzentratioun huet déi gemoosse mitochondrial Parameteren an allen Zellen erëm hiergestallt an zousätzlech a kranken Zelle Progerin vun der Kärmembran geléist, mat enger deelweiser Erhuelung vun der Kärform, dem Heterochromatin an der Genexpressioun. Dës duebel Wierkung mécht d'Studie interessant. Si mécht Methylenblo awer net zu enger Therapie fir Progerie oder fir d'Alterung.