Нийтлэл
Метилений хөх ба эсийн хөгшрөлт: фибробластын туршилтууд юуг хэмждэг вэ
Түгээмэл буруу ойлголт ийм байдлаар үүсдэг. Нэг өгүүлэлд метилений хөх нь өсгөвөрлөсөн фибробластын популяцын хоёр дахин нэмэгдэх тоог 20-оос илүүгээр өсгөсөн гэж мэдээлэхэд уншигч үүнийг хөгширсөн эсүүдийг устгадаг эсвэл хүний насыг түүнтэй ойролцоо хэмжээгээр уртасгадаг гэж дүгнэдэг. Ийм дүгнэлт хийх нь зүй ёсны мэт санагдана. Гэхдээ энэ нь хоёр тусдаа зүйл дээр буруу юм.
Гол асуудал нь тоон үзүүлэлтэд бус, ойлголтод оршино. Популяцын хоёр дахин нэмэгдэлт, хөгшрөлтийн маркерууд, теломерын хэмжилт тус бүр өөр асуултад хариулдаг. Метилений хөхтэй холбоотой фибробластын ажлыг өсгөврийн сав дахь нэг төрлийн эс хөгшрөлтийн төлөвт орох нь хойшилсныг судалж, үүнийг митохондрийн хэмжилтээр дэмжсэн судалгаа гэж ойлгох нь хамгийн зөв. Энэ нь аль хэдийн хөгширсөн эсүүдийг сонгомлоор устгахаас ялгаатай бөгөөд организмын хөгшрөлтөөс ч тусдаа ойлголт юм. Энэ ялгааны өргөн хүрээний нөхцөл нь митохондрийн электрон зөөвөрлөлт эсийн энергид хэрхэн нөлөөлдөг тухай болон метилений хөхийн судалгааны дүгнэлтүүдийг хэрхэн тайлбарлах тухай асуудлын нэг хэсэг юм.
Популяцын хоёр дахин нэмэгдэлтийн тоо нь залуу байдлыг бус, хуваагдлын түүхийг илэрхийлдэг
Гол үр дүнгийн ихэнхийг хуваагдах чадвар нь хязгаартай, хүний ургийн уушгины хэвийн фибробластын IMR90 шугамаас гарган авсан. Метилений хөх ба IMR90 фибробластын хуваагдах насжилтын анхны судалгаанд өсгөврийг тогтсон хуваарийн дагуу шилжүүлэн өсгөвөрлөж, хуваагдахаа болих хүртэл популяцын хоёр дахин нэмэгдэлтийн хуримтлагдсан тоог бүртгэсэн. Голчлон 100 nM түвшинд төвлөрсөн наномоляр боловсруулалтын үед өсгөврүүд хуваагдал зогсохоос өмнө 20-оос олон нэмэлт хоёр дахин нэмэгдэлт хуримтлуулсан.
Популяцын хоёр дахин нэмэгдэлт бол бүртгэлийн нэгж юм. Энэ нь популяц ойролцоогоор хэдэн удаа хоёр дахин өссөнийг тэмдэглэдэг. Харин нэг эс хөгширсөн, түр тайван төлөвт орсон, ялгаран хөгжсөн эсвэл үхсэн эсэхийг шууд илэрхийлдэггүй. Эсүүд хуваагдах чадвараа удаан хадгалснаас, стрессийн нөлөөгөөр эрт хуваагдахаа больсон эсийн тоо цөөрснөөс, эсвэл тухайн нөхцөл үржих чадвартай дэд популяцыг сонгон давамгайлуулснаас өсгөврийн хоёр дахин нэмэгдэлтийн тоо өсөж болно. Дан энэ тоогоор тэдгээр замыг ялгах боломжгүй.
Тиймээс хоёр дахин нэмэгдэлтийн тоог маркеруудтай хамтатган авч үздэг. Тоо нь эсийн үржил хэр удаан үргэлжилснийг харуулна. Харин маркерууд нь хуваагдахаа больсон эсвэл амьд үлдсэн эсүүд ямар төлөвт орсныг харуулдаг.
Үзүүлэлтүүдийн гарын авлага: маркер бүр юуг илэрхийлдэг вэ
Өсгөвөр дэх эсийн хөгшрөлт нь хэд хэдэн бие даасан хэмжилтээр тодорхойлогдох фенотип юм. Ганц будагдал эсвэл уураг үүнийг нотлохгүй.
ДНХ-ийн нийлэгжилт буурч, өсөлт зогсох. BrdU эсвэл EdU-ийн ДНХ-д нэгдэх хэмжээ буурах, эс хавтгай хэлбэртэй болох, дахин суулгасны дараа өсөлт сэргэхгүй байх зэргээр тогтвортой зогсолтыг шалгадаг. Ингэснээр хөгшрөлтийн улмаас хуваагдал зогссоныг түр тайван төлөвөөс ялгана.
Хөгшрөлттэй холбоотой бета-галактозидаз. SA-beta-gal будалт нь pH 6.0 орчим дахь лизосомын идэвхийг илрүүлдэг. Хөгширсөн фибробластын лизосомын нийт хэмжээ нэмэгдэхийн хэрээр будалт нь ихэвчлэн эерэг болдог. Энэ нь зөвхөн хөгшрөлтөд өвөрмөц биш тул эсийн үржил болон молекулын маркеруудтай хамтатган тайлбарлана.
p16 ба p21 замууд. p16 нь CDK4, CDK6 болон RB замаар дамжин үйлчилдэг. p21-ийн нийлэгжилт ихэвчлэн p53-аар өдөөгддөг. Тэдгээрийн түвшин өсөх нь хуваагдал зогссоныг дэмжих нотолгоо болдог ч аль аль уураг нь зөвхөн хөгшрөлтөд хамаарахгүй.
Шүүрлийн төлөв. Хөгшрөлттэй холбоотой шүүрлийн фенотип буюу SASP нь цитокин, хемокин, өсөлтийн хүчин зүйл, протеазын ялгаралт өөрчлөгдөхийг хэлнэ. SASP хүчин зүйлсийн РНХ эсвэл уургийн шинжилгээ нь эсүүд хөрш эсүүддээ хэрхэн дохио өгч байгааг тодорхойлдог. Эдгээр нь хуваагдах чадварыг шууд хэмждэггүй.
Исэлдүүлэгчид ба митохондрийн үзүүлэлтүүд. Метилений хөхийн өгүүллүүд митохондрийн түвшний нэмэлт хэмжилтүүдийг оруулсан: IV цогцолборын хэмжээ ба идэвх, хүчилтөрөгчийн хэрэглээ, гемийн нийлэгжилт, мембраны нийт хэмжээ, мембраны потенциал, ATP, исэлдүүлэгчийн дохио. Эдгээр нь хуваагдал зогсох хугацаа хойшлохтой хамт ажиглагддаг бодисын солилцооны төлөвийг тодорхойлдог. Дангаараа хөгшрөлтийг тодорхойлохгүй ч санал болгосон механизмыг шалгадаг. NAD(P)H нь метилений хөхийг ангижруулж, цитохром c нь түүнийг дахин исэлдүүлдэг исэлдэн ангижрах мөчлөгийн загварыг мөн тэр исэлдэн ангижрах мөчлөгийг исэлдүүлэгчийн үүсэлт буурахтай холбосон IMR90 судалгаанд тайлбарласан. Үүнтэй холбоотой тун болон тархалтын үндэслэлийг метилений хөхийн фармакологи, эдэд хүрэх өртөлтийн тухай хэсэгт авч үзсэн.
Теломерын богиносох хурд. Зөв нэгж нь нэг агшны урт бус, хэдэн долоо хоногийн турш популяц хоёр дахин нэмэгдэх бүрд алдагдах суурийн хосын тоо юм. Богиносолт удаашрах нь хуваагдал бүрд теломер бага богиносож байгааг илэрхийлнэ. Энэ нь теломер уртассан гэсэн үг биш бөгөөд стрессийн нөлөөгөөр IMR90 эсүүдийн хуваагдал теломерт багахан өөрчлөлт гарсан үед ч зогсож болно.
Фибробластын гурван судалгааны загварын харьцуулалт
Энэ хуудсанд зориулсан үндсэн материал нь доорх харьцуулалт юм. Эсийн төрөл, өртөлт, хэмжилт, хязгаарлалтыг нэг дор харуулна.
| Судалгаа | Эсүүд ба өртөлт | Юуг хэмжсэн | Юуг харуулж чадахгүй |
|---|---|---|---|
| Atamna нар, FASEB J 2008 | Хэвийн IMR90 фибробласт, наномоляр метилений хөхийн удаан хугацааны өртөлт, стандарт нөхцөл нь 100 nM | Хуримтлагдсан хоёр дахин нэмэгдэлт, IV цогцолборын агууламж, хүчилтөрөгчийн хэрэглээ 37-оос 70 хувиар өссөн байдал, гемийн нийлэгжилт, устөрөгчийн хэт исэл эсвэл кадмиас үүдсэн хугацаанаас өмнөх хөгшрөлтөөс сэргийлсэн байдал, HepG2 эсийн 2-р фазын ферментүүд | Хөгширсөн эсийг устгахыг шалгаагүй. Амьтан эсвэл хүний урт наслалтын үзүүлэлт байхгүй. Энд хуваагдах насжилт гэдэг нь өсгөврийн сав дахь хоёр дахин нэмэгдэлтийн тоог хэлнэ. |
| Atamna нар, Redox Biology 2015, AMPK ба IV цогцолборын биогенезийн механизмыг үргэлжлүүлэн судалсан ажилд тайлбарласан | IMR90 фибробласт, голчлон 100 nM метилений хөх; AMPK-ийг удаан хугацаанд идэвхжүүлэгч AICAR-тай харьцуулсан | NAD ба NADH-ийн харьцааны хугацааны өөрчлөлт, AMPK-ийн түр зуурын фосфоржилт, PGC-1alpha ба SURF1-ийн нийлэгжилтийн өдөөлт, IV цогцолборын идэвх 100 хувиас илүү өссөн байдал, исэлдүүлэгчид 28 хувиар буурсан байдал, теломерын богиносолт удааширсан байдал, AICAR-тай үед ойролцоогоор 2 нэмэлт хоёр дахин нэмэгдэлт гарсантай харьцуулахад ойролцоогоор 18 нэмэлт хоёр дахин нэмэгдэлт, эсийн мөчлөгт нөлөөгүй байдал | AICAR-ийн харьцуулалт нь тунгаар ойролцоогоор 1000 дахин, мөн үйлчлэлийн өвөрмөц чанараар ялгаатай тул ижил хүчтэй үйлчлэлийг бус, идэвхжүүлэлтийн хэв маягийг шалгадаг. Теломерын үр дүн нь хэдэн долоо хоногийн турш хуваагдаж буй өсгөвөрт хамаарна. |
| Xiong нар, Aging Cell 2016, прогерийн фибробластын митохондри ба бөөмийн өөрчлөлтийг сэргээх судалгаанд мэдээлсэн | Хатчинсон–Гилфордын прогерийн арьсны анхдагч фибробласт болон тэдгээрт тохируулсан хэвийн хяналтын эсүүд, ихэвчлэн 100 nM-д 5-аас 12 долоо хоног | Флуоресценцийн болон электрон микроскопоор митохондрийн хэлбэр, амьд эсийн дүрслэлээр хөдөлгөөн, супероксид, мембраны потенциал, ATP, PGC-1alpha, эсийн үржил ба хөгшрөлтийн маркерууд, мөн бөөмийн цэврүү мэт товойлт, прогерины байрлал, гетерохроматин, генийн илэрхийлэл | Хэвийн хөгшрөлтийн бус, тодорхой өвчинд хамаарах хугацаанаас өмнөх хөгшрөлтийн загвар. Хэлбэр бүтэц болон маркерууд сэргэх нь хөгширсөн эсүүд арилсан гэсэн үг биш. Амьтанд үзүүлэх үр нөлөө эсвэл эмнэлзүйн үзүүлэлт байхгүй. |
| Xue нар, Cells 2021 тойм, метилений хөхийг хөгшрөлтийн эсрэг боломжит нэгдэл гэж авч үзсэн тоймд нэгтгэсэн | Тархины хөгшрөлт, мэдрэлийн доройтол, арьс, шархны эдгэрэлт, прогерийн талаарх бүтээлүүдийн нэгтгэл | Метилений хөхийг I ба III цогцолборын электрон зөөвөрлөлтийн зарим хэсгийг тойрч гарах боломжтой, исэлдэн ангижрах мөчлөгт каталитик байдлаар оролцогч гэж тайлбарлан, хөгшрөлтийн чөлөөт радикалын онолуудтай харьцуулсан | Зөвхөн тайлбарласан нэгтгэл. Таамаглалуудыг цэгцэлж, эмнэлзүйн нотолгоо хаана тодорхой бус хэвээр байгааг тэмдэглэсэн. |
Аль нэг мөрөөс илүүтэй бүх мөрийг хамарсан хэв маяг чухал. Бага тунтай метилений хөх нь эсийн үржих хугацаа уртсах, IV цогцолборын идэвх нэмэгдэх, исэлдүүлэгчийн дохио буурах, хэлбэр бүтэц сайжрахтай давтан холбоотой ажиглагддаг. Судалгааны загвар нь хугацааны турш дагаж ажиглах хэвээр байна: хуваагдаж буй эсээс эхэлж, өсөж олшрох үед нь боловсруулж, хуваагдал хэр удаан үргэлжилснийг бүртгэнэ. Ийм бүтэц нь хөгшрөлтийг хойшлуулсан гэх дүгнэлтийг дэмжиж чадна. Харин өөр загваргүйгээр эсийг устгасан гэх дүгнэлтийг дэмжихгүй.
Хөгшрөлтийг хойшлуулах нь хөгширсөн эсүүдийг устгахтай адил биш
Хойшлуулах гэдэг нь хуваагдаж буй эсүүд хуваагдахаа болихоосоо өмнө илүү удаан хуваагдахыг хэлнэ. Сенолитик нөлөө гэж ихэвчлэн нэрлэдэг устгал нь аль хэдийн хөгширсөн эсүүдийг сонгомлоор үхүүлэх эсвэл тоог нь бууруулахын зэрэгцээ үржиж буй хөрш эсүүдийг амьд үлдээхийг хэлнэ.
Метилений хөхийн фибробластын судалгаанууд эхний бүтцийг шалгадаг. Өсгөврүүд эхэндээ үржиж байдаг, дараалсан шилжүүлэн өсгөвөрлөлтийн явцад боловсруулалт авдаг бөгөөд хуваагдал нь хожуу зогсдог. Тиймээс SA-beta-gal, p16, p21, SASP хүчин зүйлс зэрэг маркерууд хожуу илрэх эсвэл ижил шилжүүлэн өсгөвөрлөлтийн үед бага түвшинд байдаг. Хөгшрөлт эхлэх хугацаа хойшлох бүрд ийм хэв маяг хүлээгдэнэ. Энэ нь аль хэдийн хөгширсөн ямар нэг эсийг устгасныг нотлохгүй.
Сенолитик нөлөөтэй гэх дүгнэлтэд өөр туршилтын зохион байгуулалт хэрэгтэй: эхлээд өсгөврийг баталгаажуулсан хөгшрөлтийн төлөвт оруулж, дараа нь нэгдлийг хэрэглэн, улмаар үржиж буй хяналтын эсүүдтэй харьцуулахад тэдгээр хөгширсөн эсүүд сонгомлоор алдагдсаныг амьдрах чадвар ба үхлийн шууд хэмжилтээр харуулах ёстой. Дан маркер буурах нь хангалтгүй. Учир нь эсийн тоо буурахгүйгээр илэрхийлэл өөрчлөгдөж болох бөгөөд үлдсэн үржиж буй эсүүд өсгөврийн савыг дүүртэл өсөж болно. Иш татсан дөрвөн эх сурвалжийн аль нь ч метилений хөхөд ийм сонгомол бууруулалтын загвар ашиглаагүй тул зөв нэршил нь сенолитик бус, in vitro нөхцөлд хөгшрөлтийг хойшлуулах эсвэл хөгшрөлтийн эсрэг үйл ажиллагаа хэвээр байна. Энэ ялгааны исэлдэлтийн стресстэй холбоотой талыг эсүүд хүчилтөрөгчийн идэвхтэй хэлбэрүүдийг хэрхэн хянадаг тухай хэсэгт дэлгэрүүлсэн.
Түр зуурын дохиоллын үр дүн энэ санааг улам тодруулдаг. 2015 оны IMR90 судалгаанд метилений хөх нь NAD ба NADH-ийн харьцааг богино хугацаанд нэмэгдүүлж, AMPK-ийн богино хугацааны фосфоржилт үүсгэсний дараа IV цогцолборын биогенезтэй холбоотой PGC-1alpha ба SURF1-ийн нийлэгжилтийг өдөөсөн. AICAR-аар AMPK-ийг удаан хугацаанд идэвхжүүлэхэд нэмэлт хоёр дахин нэмэгдэлтийн хувьд хавьгүй сул үр дүн гарсан.
Хуваагдах насжилт нь хүний урт наслалт биш
Эсийн хуваагдах насжилт нь хүчилтөрөгч, тэжээлт орчин, шилжүүлэн өсгөвөрлөх хэмнэлийг тогтмол барьсан хяналттай өсгөврийн саванд хуваагдал зогсохоос өмнөх хоёр дахин нэмэгдэлтийн тоог хэмждэг. Хүний урт наслалт нь олон арван жилийн хөгжил, дархлаа, судасны тогтолцоо, үүдэл эсийн бичил орчин, зан үйл, өвчнийг хамардаг. Нэгдэл нь эхнийхийг уртасгах боловч хоёр дахьд нь өөрчлөлт өгөхгүй байж болно. Ихэнх нь ийм байдаг.
Прогерийн фибробластууд нь прогерин үүсгэдэг тодорхой LMNA мутацитай бөгөөд митохондри нь хэсэглэгдсэн, хөдөлгөөн багатай, ATP багатай, бөөмийн хэлбэр алдагдсан, гетерохроматин буурсан байдаг. Наномоляр метилений хөх нь митохондрийн үзүүлэлтүүдийг сайжруулж, прогериныг мембранаас салгах зэрэг бөөмийн үзүүлэлтүүдийг мэдэгдэхүйц сэргээсэн. Энэ нь эсийн түвшинд гайхалтай сэргэлт юм. Гэсэн ч фибробластын үр дүн хэвээр бөгөөд зохиогчид амьтанд хийх туршилтыг цаашдын ажил гэж тодорхойлсон. Өвчний загварыг прогери болон хугацаанаас өмнөх хөгшрөлтийн загвар дахь метилений хөх тухай хэсэгт дэлгэрүүлсэн.
Үүнээс судалгааг уншихад хэрэглэх дараах шалгах жагсаалт гарна.
- Боловсруулалт хуваагдал зогсохоос өмнө эхэлсэн үү, эсвэл зогсолт тогтсоны дараа эхэлсэн үү гэдгийг асуу. Өмнө нь эхэлсэн бол хойшлуулалтыг дэмжинэ. Устгалыг харуулахын тулд дараа нь эхэлсэн байх, мөн сонгомол үхлийн өгөгдөл шаардлагатай.
- Хяналтын өсгөврийн хоёр дахин нэмэгдэлтийн муруй хэрхэн өөрчлөгдсөнийг асуу. Хуримтлагдсан хоёр дахин нэмэгдэлтийн тоогүй бол маркерын өөрчлөлтүүд тайлбарлах суурьгүй үлдэнэ.
- Ганц будалт бус, дор хаяж хоёр төрлийн маркер шаардаарай. Жишээлбэл, эсийн үржлийн тэмдэглэгээ дээр p16 эсвэл p21, мөн SA-beta-gal-ийг нэмж авч үз.
- Теломерын үр дүнг хэрхэн мэдээлснийг асуу. Хугацааны турш хоёр дахин нэмэгдэлт бүрд ногдох хурд нь утгатай. Нэг агшны уртын хэмжилт тийм биш.
- Юуг тогтмол байлгасныг асуу. Шилжүүлэн өсгөвөрлөх үеийн эсийн нягтрал, хүчилтөрөгч, тэжээлт орчны солилт, метилений хөхийн шинэ эсвэл удаан хадгалсан нөөц уусмалын аль аль нь фибробластын хуваагдал зогсоход нөлөөлдөг.
Ингэж уншвал фибробластын судалгаанууд метилений хөхөд уялдаа бүхий боловч хязгаарлагдмал үүрэг оноож байна: энэ нь өсгөвөрлөсөн хүний фибробластын хуваагдлаас үүдэлтэй хөгшрөлтийг хойшлуулахын зэрэгцээ митохондрийн үзүүлэлтүүдийг сайжруулдаг, бага тунтай, исэлдэн ангижрах идэвхтэй нэгдэл юм. Механизмын хамгийн нарийвчилсан нотолгоо нь түр зуурын энергийн дохиолол болон IV цогцолборын биогенезтэй холбоотой бөгөөд эдгээр өгүүлэлд хөгширсөн эсийг устгасан эсвэл хүний насыг уртасгасныг харуулаагүй.