Метилен хөх ба ферроптоз: липидийн хэт исэлдэлтийн механизм

Ферроптоз гэдэг нь мембран гэмтсэнээс үүдэх эсийн үхэл юм. Мембран дахь олон ханаагүй өөх тос гинжин урвалаар исэлдэж, мембраны үйл ажиллагаа алдагдан, эс үхдэг. Энэ химийн үйл явцад төмөр шаардлагатай. Энэ өгүүлбэр уг ойлголтыг бүхэлд нь илэрхийлнэ. Харин энэ нийтлэлд дурдсан бүх зүйл түүний аль нэг хэсгийг шалгасан туршилт юм.

Энд тавьж буй асуулт илүү нарийн: эсийн туршилтуудад метилен хөх энэ хэлхээнд хэрхэн нөлөөлдөг, тэр үр дүн нь чухам юуг харуулдаг вэ? Товчхондоо, лабораторийн хоёр судалгаанд наномоляр концентрацитай метилен хөх митохондрийн липидийн хэт исэлдэлтийг бууруулж, ердийн үед ферроптоз үүсгэдэг өдөөгчдийн нөлөөнд орсон эсүүдийг амьд хэвээр байлгасан. Гэхдээ дэлгэрэнгүй тайлбар нь илүү чухал. Учир нь хэлхээний холбоос бүрийг өөр өөр оролцоогоор шалгасан бөгөөд оролцоо бүр өөрийн хязгаартай.

Ферроптозыг нэг догол мөрөөр

Олон ханаагүй тосны хүчлийн сүүлтэй мембраны фосфолипидэд нэг эмзэг хэсэг бий: амархан булааж авч болох устөрөгчийн атомууд. Радикал тэдгээрийн нэгийг булаан авмагц липидэд хүчилтөрөгч нэгдэж, липидийн пероксил радикал үүснэ. Тэр радикал дараагийн липидээс устөрөгч булаана. Ямар нэг зүйл зогсоохгүй бол урвал мембраны дагуу үргэлжилдэг.

Үүнийг зогсоодог гол хүчин зүйл нь GPX4 хэмээх фермент юм. Энэ нь глутатионыг ашиглан липидийн пероксидуудыг хоргүй липидийн спирт болгон ангижруулдаг. Лабораторийн өдөөгчид энэ хамгаалалтын тодорхой цэгүүдэд үйлчилдэг. Эрастин нь xc-minus системээр цистин эсэд орохыг хориглож, глутатион нийлэгжүүлэхэд шаардлагатай цистеинийг эсэд дутагдуулна. Бутионин сульфоксимин глутатионы нийлэгжилтийг шууд хориглодог. RSL3 нь GPX4-ийг өөрийг нь дарангуйлдаг. Эдгээр гурвын нөлөөгөөр пероксидууд арилалгүй үлддэг ч өөр өөр шатанд үйлчилдэг тул нэг өдөөгчөөр гарсан үр дүнг бусдад нь шууд хамааруулж болохгүй.

Ферроптоз нь түүнийг тодорхойлдог шинжүүдээрээ апоптозоос ялгаатай. Каспазын каскад ч, апоптозын биетүүд ч үүсдэггүй. Дефероксамин зэрэг төмөр хелатлагчид болон ферростатин-1 зэрэг радикал баригч бодисууд үүнийг дарангуйлдаг. Судлаачид эсийн үхлийг зүгээр нэг некроз бус, ферроптоз гэж ангилахдаа энэ шалгуурыг ашигладаг. Зохицуулалттай эсийн үхлийн замуудыг өргөн хүрээнд авч үзэх нь энэ ялгааг ойлгоход тусалдаг. Харин эсүүд урвалд амархан ордог төмрийг хэрхэн зохицуулдгийг ойлговол хелатжуулалт яагаад ийм шийдвэрлэх ач холбогдолтой хяналт болдгийг тайлбарлаж чадна.

Митохондри ямар үүрэгтэй вэ, энэ нь яагаад маргаантай байсан бэ?

Эхний судалгаануудад митохондрийн ДНХ-гүй эсүүдэд ч ферроптоз явагддаг гэж мэдээлсэн нь митохондри зайлшгүй шаардлагатай биш байж болохыг илтгэсэн. Харин хожмын судалгаануудад митохондрийн тоог бууруулах эсвэл амьсгалын үйл явцыг хориглох нь цистеиний дутагдлаас үүдсэн ферроптозыг дарангуйлж болох ч GPX4-ийг шууд дарангуйлснаас үүдсэн ферроптозод нөлөөлдөггүйг тогтоосон. Митохондрийн оролцоо нь өдөөгч, эсийн төрөл, шийдвэрлэх хэт исэлдэлт хаана явагдахаас хамаардаг бол энэ хоёр үр дүн хоёулаа үнэн байж болно.

Энэ нийтлэлийн үндэс болсон судалгаа уг маргааныг эсийн тодорхой хэсэгт чиглэсэн зонд ашиглан авч үзсэн. MitoCLox нь липидийн хэт исэлдэлтийг мэдээлдэг зондын митохондрид чиглэсэн хувилбар юм. Энэ нь митохондрийн дотор липидийн пероксил радикалуудтай таарах үед флуоресценц нь өөрчлөгддөг. Эрастинаар үйлчилсэн фибробластуудад митохондрийн зондын исэлдэлт эсүүд үхэхээс өмнө, амьд байх үед нь илэрсэн бөгөөд эсүүдийн хооронд жигд бус байв. Энэ дараалал чухал. Үхлээс өмнө явагдсан хэт исэлдэлт нь шалтгаан байж болох юм. Харин зөвхөн үхсэн эсүүдэд хэмжигдсэн хэт исэлдэлт нь үхлийн дараах үлдэгдэл юм. Липидийн хэт исэлдэлтийн шинжилгээнүүд болон зонд бүр юу мэдээлдэг тухай дагалдах гарын авлагад зондын байршил яагаад дохионы утгыг тодорхойлдгийг тайлбарласан.

Хоёр дахь загварт мөн ижил зүй тогтол ажиглагдсан. Леберийн удамшлын харааны мэдрэлийн эмгэгтэй өвчтөний фибробластууд I комплексийн мутацитай, суурь исэлдэлтийн стресс өндөртэй байсан бөгөөд глутатион шавхагдахад ферроптозоор үхсэн. Харин хяналтын фибробластууд тэсвэртэй байв. Энд ч митохондрийн зондын исэлдэлт түрүүлж илэрсэн. Дэлгэрэнгүйг ферроптоз дахь митохондрийн липидийн хэт исэлдэлтийг фибробластад судалсан судалгаанаас үзэж болно.

Эдгээр туршилтад метилен хөх юуг өөрчилсөн бэ?

Метилен хөх нь исэлдэн ангижрах урвалын зөөгч юм. Түүний исэлдсэн хэлбэр I комплекс дээрх NADH-тай холбоотой урвалуудаас электрон хүлээн авч, ангижирсан хэлбэр нь тэдгээрийг IV комплекс руу электрон дамжуулдаг цитохром c-д өгдөг. Ингэснээр электронууд ердийн үед хүчилтөрөгч рүү алдагдаж, супероксид үүсгэдэг хэлхээний хэсгийг хэсэгчлэн тойрох зам бий болдог. Электрон дамжуулалтын бүрэн зураглалыг сонирхож буй уншигчид метилен хөх митохондрийн дундуур электроныг хэрхэн дамжуулдаг тухай нийтлэлээс эхлээрэй.

Эрастинаар үйлчилсэн уушгины фибробластуудад 250 наномоляр концентрацитай метилен хөх нь митохондрид чиглэсэн антиоксидантууд болох SkQ1, MitoTEMPO-ийн адил эсийн амьд үлдэлтийг хэмжсэн шинжилгээнд амьдрах чадварыг хадгалсан. Хяналтын туршилтууд энэ дүгнэлтийн хүрээг тодорхойлдог. Ферростатин-1, альфа-токоферол, дефероксамин мөн хамгаалсан нь эсийн үхэл ферроптоз байсныг баталдаг. Антиоксидант бүлэггүй SkQ1-ийн аналог хамгаалаагүй нь өвөрмөц бус хуримтлалаас илүүтэй исэлдэн ангижрах урвалын үүргийг зааж байна. SkQ1-ийн концентраци ойролцоогоор 200 наномоляраас дээш болоход хамгаалалт суларсан. Энэ нь хиноны антиоксидантууд их хэмжээнд исэлдэлтийг дэмждэг гэсэн мэдэгдэж буй шинжтэй нийцдэг. Метилен хөх ч тунгаас хамаарсан ийм хоёр талт шинжтэй: эдгээр өсгөврийн саванд наномоляр бага түвшинд хамгаалдаг боловч концентрацийг ихэсгэх эсвэл хүчтэй гэрэлтүүлэхэд исэлдэн ангижрах мөчлөгөөр устөрөгчийн хэт исэл үүсгэж чаддаг. Тунтай холбоотой ийм нөхцөлүүдийг митохондри дахь хүчилтөрөгчийн идэвхтэй хэлбэрүүдийн тухай нийтлэлд авч үзсэн.

Дараа нь тусгаарласан митохондрийн туршилтуудаар ROS-ийн эх үүсвэрүүдийг ялгасан. Хоёр валенттай төмөр байгаа үед I комплекст электрон нийлүүлдэг субстратуудыг ротенонтой хамт хэрэглэхэд зондын исэлдэлт нэмэгдсэн. Ротенон нь флавины хэсгээс цааших электрон дамжуулалтыг хориглодог тул түүнээс өмнөх зөөгчид ангижирсан хэвээр үлдэж, матрикс руу харсан флавинаас электронууд хүчилтөрөгч рүү алдагддаг. III комплекст электрон нийлүүлдэг субстратууд антимицин A-тай хамт устөрөгчийн хэт ислийг ихээр үүсгэсэн ч липидийн хэт исэлдэлтийг өдөөгөөгүй. Нийт ROS-ийн дохио ижил боловч байршил өөр, үр дүн өөр байв. SkQ1 болон метилен хөх тус бүр устөрөгчийн хэт исэл үүсэхийг өөрийг нь дарангуйлалгүйгээр I комплексээс үүдсэн хэт исэлдэлтийг дарангуйлсан. Энэ нь тэдгээрийн үйлчлэл ROS үүссэний дараа, липидийн хэт исэлдэлтийн шатанд явагддагийг харуулдаг.

Төмрийн хэт ачааллын туршилт ба липофусцины сэжүүр

Хоёр дахь судалгаа энэ асуултыг төмрийн талаас нь авч үзсэн. Миллимоляраас бага концентрацитай гурван валенттай төмрийн аммонийн цитратаар үйлчилсэн H9c2 кардиомиоцитуудад эхлээд митохондрийн ROS, дараа нь митохондрийн липидийн хэт исэлдэлт, улмаар ферроптоз үүсэж, үүний дараа 24 цагийн дотор липофусцин төст пигмент хуримтлагдсан. Липофусцин нь нас ахихын хэрээр хуримтлагддаг, исэлдсэн липид ба уургийн төмөр агуулсан, өөрөө флуоресценц ялгаруулдаг үлдэгдэл юм. Энд түүний хурдан үүссэн нь төмрөөс үүдэлтэй хурц хэт исэлдэлтийг хөгшрөлтийн сонгодог маркертай холбож байна. Наномоляр концентрацитай метилен хөх болон SkQ1 тус бүр хэт исэлдэлт, эсийн үхэл, пигментийн хуримтлалаас сэргийлсэн. Тусгаарласан зүрхний митохондри энэ зүй тогтлыг баталсан: ротенон болон хоёр валенттай төмөр хамтдаа хэт исэлдэлт, пигмент төст дохио үүсгэсэн бөгөөд хоёр бодис хоёулаа үүнийг хориглосон. Бүх дарааллыг H9c2 кардиомиоцитын төмрийн хэт ачааллын судалгаанд мэдээлсэн. Пигменттэй холбоотой хэсгийг липофусцин ба эсийн хөгшрөлтийн маркеруудын тухай нийтлэлтэй хамтатган авч үзэх нь зүйтэй.

Эсийн амьд үлдэлтийн шинжилгээнүүд юуг харуулдаггүй вэ?

CellTiterBlue зэрэг амьдрах чадварын шинжилгээ нь өдөөгч болон хамгаалж болзошгүй бодисоор үйлчилсний дараа өсгөврийн саванд хэдэн эс бодисын солилцооны идэвхтэй хэвээр байгааг мэдээлдэг. Энэ нь тодорхой тогтолцоонд механизмыг шалгасан туршилт юм. Эмчилгээний үр дүн биш. Эдгээр туршилтын аль нь ч өвчтөнд тун өгч, өвчний үр дүнгийн үзүүлэлт хэмжиж, эсвэл бие махбодод эмчилгээний үйлчлэлтэй бөгөөд аюулгүй тунгийн хүрээ тогтоогоогүй.

Дөрвөн хязгаарлалтыг тодорхой дурдах хэрэгтэй. Нэгдүгээрт, эсийн төрлүүдийн хүрээ хязгаарлагдмал: хувирсан уушгины фибробластууд, митохондрийн өвчний нэг шугамыг багтаасан арьсны анхдагч фибробластууд, хархны кардиомиоцитын шугам, мөн тусгаарласан хархны зүрхний митохондри. Мэдрэг байдал эсийн шугам бүрд өөр байсан бөгөөд LHON шугамыг зориуд онцгой эмзэг загвар болгон сонгосон. Хоёрдугаарт, өдөөгчид нь лабораторийн туйлын нөхцөлүүд юм: зөөвөрлөлт эсвэл нийлэгжилтийг бүрэн хориглох, ямар ч эдэд богино хугацаанд тохиолдохгүй хэмжээний төмрийн ачаалал. Гуравдугаарт, концентрацийг зүгээр үржүүлээд өөр нөхцөлд шилжүүлж болохгүй. Өсгөврийн орчин дахь наномоляр концентраци нь хүний тун биш. Метилен хөхийн тархалт, цус болон эдэд өнгөгүй хэлбэртээ ангижрах үйл явц, гэрлийн нөлөө, мембраны потенциал зэрэг нь өсгөврийн савнаас хүн рүү үр дүнг шилжүүлэн ойлгоход нөлөөлнө. Дөрөвдүгээрт, зондууд зөвхөн өөрсдийн байрлаж буй хэсгийг мэдээлдэг. MitoCLox-ийн исэлдэлт нь митохондрид липидийн радикалууд үүссэнийг харуулдаг. Гэхдээ эцсийн үйл явдал байж болзошгүй плазмын мембраны урагдлыг шууд зогсоосон уу, эсвэл өмнөх шатанд үйлчилснээр түүнээс зайлсхийсэн үү гэдгийг харуулдаггүй.

Тиймээс нотолгоонд нийцсэн дүгнэлт нь ийм байна: эдгээр загварт I комплексээс үүссэн ROS болон төмөр нь ферроптозоос өмнө явагдах митохондрийн липидийн хэт исэлдэлтийг өдөөж, бага концентрацитай метилен хөх тэр хэсгийг тасалдуулдаг. Үүнээс цааш дүгнэхийн тулд эхлээд амьтанд, дараа нь хүнд өөр туршилтууд хийх шаардлагатай.