Метилен хөх ба прогери: эсийн хөгшрөлтийн загвараас авсан сургамж

Нэг генийн ганц үсэг өөрчлөгдөхөд хүүхдүүд аймшигтай хурдтай хөгширдөг. Үс унах, үе хөших, артери нарийсах зэрэг өөрчлөлт илэрч, дундаж наслалт нь өсвөр насанд хүрэх төдий байдаг. Энэ өвчнийг Хатчинсон–Гилфордын прогерийн хам шинж гэдэг бөгөөд олон жилийн турш судалгаа нь мутант уураг гэмтэл учруулдаг бөөмд төвлөрч байв. Мэрилэндийн их сургуулийн 2016 оны судалгаа өөр асуулт тавьжээ: эдгээр эсийн митохондри ямар харагддаг вэ? Хариулт нь эсийн хоёр хэсгийг хооронд нь холбосон бөгөөд зуун жилийн түүхтэй хөх будаг хоёуланд нь нөлөөлсөн байна.

Энэ бол Xiong болон хамтран ажиллагчдын 2016 онд Aging Cell сэтгүүлд нийтлүүлсэн судалгаа юм. Судалгааг бүхэлд нь өсгөвөрлөсөн эсүүд дээр хийсэн. Доорх бүх тайлбарыг энэ баримтын хүрээнд ойлгох хэрэгтэй. Үр дүн нь бодит бөгөөд тодорхой. Аливаа эмчилгээний хэрэглээнээс хэр хол байгааг нь ч мөн тодорхой зааглах ёстой.

Загвар: нэг мутаци, нэг наалдамхай уураг

Прогери нь LMNA генийн 1824 дэх байрлалд C нь T-ээр солигдсоноор эхэлдэг. Энэ өөрчлөлт амин хүчлийг өөрчилдөггүй. Харин далд сплайсингийн байрлалыг идэвхжүүлж, ламин A уургаас 50 амин хүчлийг хасдаг. Прогерин гэж нэрлэгддэг богиноссон бүтээгдэхүүн нь ердийн үед эс фарнезил бэхэлгээг нь салгах боломж олгодог таслах байрлалаа алддаг. Иймээс прогерин байнга фарнезилжсан хэвээр үлдэж, бөөмийн дотоод мембранд наалддаг бол хэвийн ламин A тэнд холбогдож, салж байдаг.

Бөөмд гарах үр дагаврыг сайн баримтжуулсан бөгөөд микроскопоор харж болно. Бөөмүүд гөлгөр зууван хэлбэрээ хадгалахын оронд цэврүү мэт товойж, үрчийдэг. Ердийн үед бөөмийн зах дагуу байрладаг, нягт багцлагдсан, идэвхгүй ДНХ болох гетерохроматин сийрэгждэг. Мянга мянган генийн илэрхийлэл өөрчлөгдөнө. Бөөмийн ламиныг ханын цаасны цаадах тулгуур бүтэц гэж төсөөлөөрэй: тулгуурын нэг хэсгийг буруу байрлалд гагнавал хана товойж, өрөө даяар ханын цаасны хээ гажна.

Судалгаанд прогеритэй өвчтөнүүдийн арьсны фибробластыг өсгөврийн дамжуулалтын тоо нь ижил хяналтын эсүүдтэй зэрэгцүүлэн ашиглажээ. Мөн хэвийн фибробластууд прогериныг шууд үүсгэдэг байхаар өөрчилсөн хоёр дахь эсийн шугамыг хэрэглэсэн. Өөрчилсөн эсүүдэд ижил гажиг үүссэн нь шалтгаан нь өвчтөнүүдийн түүх эсвэл өсгөвөрлөсөн хугацаа бус, прогерин болохыг тогтоож байна. Гажгийн хүндрэлийн зэрэг нь прогерины хэмжээнээс хамаарч байв: прогериныг илүү их илэрхийлдэг эсийн шугамд бүх үзүүлэлтээр илүү хүнд гажиг ажиглагдсан.

Митохондри ямар харагдаж байсан бэ?

Эрүүл фибробластын митохондри нь бөөмийн эргэн тойронд салаалсан сүлжээ үүсгэдэг бөгөөд урт гуурсан бүтэц нь эсийн араг ясны зам дагуу хөдөлдөг. Прогерийн эсийн шугамуудад энэ сүлжээ алга болсон байв. Митохондрийн илүү их хувь нь хэсэглэгдэж, олонх нь хөөсөн байсан бөгөөд электрон микроскопоор хүнд гэмтсэн эрхтэнцрийн тоо ойролцоогоор хоёр дахин нэмэгдсэнийг харуулжээ. Хугацааны зайтай дүрс бичлэгт тэд хяналтын эсүүдийнхээс богино зайд, удаан хурдтай хөдөлж байв.

Бүтцийн өөрчлөлтийг үйл ажиллагааны өөрчлөлт дагалдсан. Митохондрийн супероксид болон эсийн нийт исэлдүүлэгчийн түвшин нэмэгдсэн. Мембраны потенциал нь алдагдсан эсүүдийн тоо өссөн. ATP-ийн үүсэлт буурсан. Гэмтсэн митохондри хүчилтөрөгчийн идэвхтэй хэлбэрүүдийг алдаж, бага энерги үүсгэдэг тул эдгээрийг тус тусад нь авч үзвэл гайхах зүйлгүй. Харин шинээр дэвшүүлсэн шалтгаан нь онцлог байлаа. NRF1, TFAM болон нийлэх, хуваагдах үйл явцын зохицуулагч MFN1, MFN2, OPA1, FIS1, DRP1 зэрэг доод шатны хүчин зүйлсээр дамжуулан митохондрийн биогенезийг идэвхжүүлдэг транскрипцийн коактиватор PGC-1alpha нь прогерийн эсүүдэд mRNA-ийн түвшинд ойролцоогоор найм дахин буурч, уургийн хэмжээ нь мөн адил багассан байв. Прогерин нь митохондрийг үүсгэж, хэвийн байлгах гол унтраалгыг дарж байгаа мэт харагдсан. Бөөмийн ламины гэмтэл ба энергийн солилцооны энэ холбоо нь митохондрийн энерги үүсэлтийн талаарх өргөн хүрээний тайлбарын нэг хэсэг бөгөөд уг тэнцвэрийн исэлдүүлэгч талын тухай исэлдэлтийн стресс ба ROS-ийн хяналтын сэдэвт авч үздэг.

Метилен хөх юу өөрчилсөн бэ?

Судлаачид эсүүдэд 100 наномоляр буюу бага концентрацтай метилен хөхийг хэдэн долоо хоногийн турш тасралтгүй үйлчлүүлсэн. Эсийн өсгөврийн хувьд энэ нь эмийг богино хугацаанд хүчтэй үйлчлүүлэх бус, удаан хугацаанд зөөлөн үйлчлүүлэх нөхцөл юм. Метилен хөх исэлдсэн болон ангижирсан хэлбэрийн хооронд шилжиж, митохондрийн дотор электрон зөөвөрлөж чаддаг. Иймээс үүнийг нэг исэлдүүлэгчийг саармагжуулахдаа зарцуулагддаг ердийн антиоксидант бус, митохондрид чиглэсэн исэлдэн ангижрах нэгдэл гэж тодорхойлдог.

Хэвийн болон прогерийн эсүүдийн аль алинд митохондри хариу өөрчлөлт үзүүлсэн. ATP нэмэгдэж, исэлдүүлэгчийн түвшин буурч, хүнд гажигтай митохондрийн эзлэх хувь багассан. PGC-1alpha-ийн илэрхийлэл болон түүний доод шатны зарим бай хэсэгчлэн сэргэсэн. Энэ хүртэлх үр дүн нь прогерид өвөрмөц бус, митохондрийн үйл ажиллагааг ерөнхийд нь дэмжсэн нөлөө юм.

Харин бөөмд гарсан үр дүн нь гайхалтай байсан бөгөөд зөвхөн өвчтэй эсүүдэд илэрсэн. Хэлбэрийн тоон шинжилгээгээр бөөмийн цэврүү мэт товойлт буурсан байв. Ламин A болон C-ийн нийт хэмжээ өссөн. Хамгийн онцгой нь прогерины тархалт өөрчлөгдсөн: метилен хөх үйлчлүүлээгүй прогерийн эсүүдэд прогерины ердөө 30 орчим хувь нь бөөмийн плазмын уусдаг фракцад байж, үлдсэн хэсэг нь мембранд бэхлэгдсэн байв. Үйлчлүүлсний дараа уусдаг хэсэг нь ойролцоогоор 65 хувь болж өссөн нь хэвийн ламины төлөвт ойртжээ. Мембранаас чөлөөлөгдсөн прогерин хөрш уургуудаа бага татах болсон бөгөөд ламин A болон C-ийн уусдаг фракцууд ч мөн сэргэсэн.

Энэ чөлөөлөлтийн дараа бөөмийн хоёр фенотип сайжирсан. Электрон микроскоп болон гетерохроматины HP1-alpha уургийн будалтаар шинжилсэн бөөм орчмын гетерохроматин мэдэгдэхүйц сэргэсэн байв. Мөн RNA-ийн дараалал тогтоох шинжилгээгээр транскриптом хэвийн төлөв рүү ойртож байгааг харуулсан: метилен хөх үйлчлүүлээгүй прогерийн эсүүд хяналтын эсүүдээс 3,200 гаруй генээр ялгаатай байсан бол үйлчлүүлсэн прогерийн эсүүд ойролцоогоор 1,670 генээр ялгаатай байжээ. Хэвийн эсүүдэд ижил үйлчлүүлэлт ердөө хэдхэн арван генийг өөрчилсөн нь бөөмд үзүүлсэн нөлөө нь транскрипцийг ерөнхийд нь огцом өөрчилсөн бус, прогеринтэй холбоотойг дэмжиж байна. Эсийн болон амьтны туршилтын загварууд гарчгаас нь төсөөлөгдөхөөс илүү нарийн хүрээний асуултад хариулдаг гэсэн зарчмыг метилен хөхийн судалгааг хэрхэн унших тухай нийтлэлд тайлбарласан.

Яагаад энэ нь эмчилгээ биш вэ?

Дөрвөн хязгаарлалт энэ судалгааг лабораторийн хүрээнд нь байлгаж байна.

Нэгдүгээрт, бүх зүйл өсгөврийн саванд болсон. Өсгөвөр дэх фибробластад цусны хангамж, дархлааны орчин, эдийн бүтэц, мөн нэгдэл бай хэсэгтээ хүрэх эсэхийг шийддэг бүх биеийн фармакологийн нөхцөл байхгүй. Энэ өгүүлэлд ямар ч амьтанд тун өгөөгүй, ямар ч өвчтөнийг эмчлээгүй.

Хоёрдугаарт, прогерийн фибробласт нь нэг төрлийн эсийн загвар юм. Өвчин голчлон артери, яс, өөхөн эдийг гэмтээх замаар үхэлд хүргэдэг бөгөөд судалгаанд зөвхөн фибробласт болон гөлгөр булчингийн нэг бэлдмэлийг шалгасан. Бусад эд өөрөөр хариу үзүүлж болно.

Гуравдугаарт, бөөмийн сэргэлт нь өсгөврийн орчинд наномоляр концентрацтай бодисыг хэдэн долоо хоног тасралтгүй үйлчлүүлсний үр дүн байсан. Өсгөврийн саван дахь концентраци нь тун биш бөгөөд орчин дахь 100 наномоляр концентрацийг хүний хэрэглээний горим болгон хөрвүүлэх үндэслэл энэ өгүүлэлд байхгүй. Метилен хөх нь анагаах ухааны бусад хэрэглээнд өөрийн гэсэн тун–хариу хамаарал, аюулгүй байдлын үзүүлэлттэй бөгөөд энэ судалгаа гэрийн нөхцөлд хэрэглэх ямар ч үндэслэл өгөхгүй. Аюулгүй байдлын ерөнхий мэдээллийг метилен хөхийн аюулгүй байдал ба гаж нөлөө нийтлэлээс үзнэ үү.

Дөрөвдүгээрт, прогери нь хэвийн хөгшрөлт биш. Энэ нь бөөмийн тулгуур бүтцийг тодорхой байдлаар гэмтээдэг, ганц мутациас үүдэлтэй ховор өвчин юм. Өсгөвөрлөсөн эсүүдэд тэр өвөрмөц гэмтлийг бууруулсан нэгдлийн үр дүн нь уг мутацигүй хүмүүсийн хөгшрөлтийн талаар маш бага зүйл хэлнэ. Эсийн фенотип нь бөөм–митохондрийн харилцан үйлчлэлийг харах цонх болохоос урт наслалтын үр дүн биш.

Тиймээс үндэслэлтэй хураангуй дүгнэлт нь нөхцөлтэй байна. Прогерийн фибробластад прогерин PGC-1alpha-г дарангуйлж, митохондрийг хэсэглэгдсэн, хөдөлгөөн удаантай, исэлдүүлэгч ихтэй, энерги багатай болгодог. Бага концентрацтай метилен хөх бүх эсийн митохондрийн хэмжилтийн үзүүлэлтүүдийг сэргээж, үүнээс гадна өвчтэй эсүүдэд прогериныг бөөмийн мембранаас чөлөөлсөн бөгөөд бөөмийн хэлбэр, гетерохроматин, генийн илэрхийлэл хэсэгчлэн сэргэсэн. Энэ давхар үйлчлэл нь судалгааг мэдэж авах үнэ цэнтэй болгож байна. Гэхдээ метилен хөхийг прогери эсвэл хөгшрөлтийн эмчилгээ болгохгүй.