Метилений хөх, Nrf2 ба митохондрийн биогенезийн тайлбар

Метилений хөхийн тухай бичвэрүүдэд нэг өгүүлбэр байнга тааралддаг: энэ нь Nrf2-ыг идэвхжүүлж, шинэ митохондри үүсгэдэг. Энэ өгүүлбэр нэг дүгнэлт мэт уншигдавч үнэндээ өөр өөр системд, өөр төрлийн нотолгоогоор судалсан хоёр ялгаатай ойлголтыг агуулдаг. Эхнийх нь дохиоллын зам буюу хамгаалалтын генүүдийг идэвхжүүлдэг мэдрэгч юм. Хоёр дахь нь бүтээн байгуулалтын хөтөлбөр буюу эс митохондрийнхоо үйл ажиллагааны бүрдлийг нэмэгдүүлэх үйл явц юм. Дохио бүтээн байгуулалтыг өдөөж болох ч дохио идэвхжсэнийг харуулах нь барилга боссоныг харуулахтай адилгүй. Мөн барилгын материал нэмэгдсэнийг харуулах нь эрчим хүчний хангамж сайжирсныг харуулахтай адилгүй. Энэ нийтлэлд эдгээр гурван зүйлийг тус тусад нь авч үзнэ.

Nrf2-ын тухай ойлголт: бамбай биш, мэдрэгч

Nrf2 (эритроид 2-той холбоотой цөмийн хүчин зүйл 2) нь транскрипцийн хүчин зүйл буюу генүүдийг идэвхжүүлэх үүрэгтэй уураг юм. Тайван нөхцөлд Keap1 хэмээх мэдрэгч уураг үүнийг цитоплазмд барьж, эсийн задлан устгах тогтолцоонд тасралтгүй дамжуулдаг. Исэлдүүлэгч бодис эсвэл электрофилүүд Keap1 дээрх урвалд идэвхтэй цистеинүүдийг өөрчлөхөд энэ устгал зогсоно. Шинээр үүссэн Nrf2 хуримтлагдаж, цөм рүү шилжин, жижиг Maf уургуудтай хосолж, антиоксидант хариу урвалын элемент гэж нэрлэдэг ДНХ-ийн дарааллуудтай холбогдоно. Энэ холболт хамгаалалтын олон генийг идэвхжүүлдэг.

Энэ замыг үнэлэх сонгодог үзүүлэлтүүд тодорхой байдаг. NQO1 (NAD(P)H хинон дегидрогеназа 1) болон TrxR1 (тиоредоксин редуктаза 1) нь Nrf2-ын хамгийн найдвартай бай генүүдийн тоонд ордог. HO-1 (гем оксигеназа-1) хүчтэй өдөөгдөж болох ч бусад зохицуулагчид мөн хариу өгдөг. SOD, каталаза зэрэг ферментүүд нь антиоксидант тогтолцооны бүрэлдэхүүн боловч тэдгээрийн түвшнийг олон транскрипцийн хүчин зүйл хянадаг. Тиймээс SOD нэмэгдсэн нь дангаараа Nrf2 шалтгаан болсныг батлахгүй. Дохиоллын үйл явдалд хамгийн ойр нотолгоо нь цөмд Nrf2 хуримтлагдах, ARE репортер идэвхжих, эсвэл Nrf2-ыг арилгахад сонгодог бай генүүдийн өдөөгдөл алга болох явдал юм. Исэлдүүлэгчийн түвшин буурах, стрессийн үед амьд үлдэх чадвар сайжрах, глутатион нэмэгдэх зэрэг бусад бүх үзүүлэлт нь олон замаар үүсэж болох дараагийн шатны үр нөлөө юм.

Энэ түүхэн дэх метилений хөхийн хамгийн эхний үр дүн нь дээрх нотолгооны шатлалын дохиололд ойр хэсэгт хамаарна. Наномоляр концентрацтай метилений хөхөд өртүүлсэн фибробластуудад эсийн хөгшрөлт удаашрахын зэрэгцээ IV комплексийн агууламж, хүчилтөрөгчийн хэрэглээ нэмэгдэж, 2-р үе шатны ферментүүд болох TrxR1, NQO1 өдөөгдсөн. Үүнийг метилений хөхийг митохондрийн үйл ажиллагаа сайжрах болон эсийн хөгшрөлт удаашрахтай анх холбосон судалгаанд мэдээлсэн. TrxR1, NQO1 нь анхааралтай уншигчийн хайх ёстой Nrf2-ын сонгодог бай генүүд мөн. Харин судалгаа дохиоллын үйл явдлыг өөрийг нь харуулаагүй: цөмийн Nrf2-ыг хэмжээгүй, ARE репортер ашиглаагүй, Nrf2 генийг идэвхгүй болгосон хяналт байгаагүй. Тиймээс үр дүнг шударгаар тайлбарлавал, метилений хөх энэ системд Nrf2-ын мэдэгдэж буй бай генүүдийг өдөөдөг бөгөөд энэ нь Nrf2 идэвхжсэнтэй нийцэж байгаа ч Nrf2-ыг шалтгаан гэдгийг тусгаарлан тогтоогоогүй. Бай генийн өдөөгдөл нь идэвхжүүлэгчээс нэг шатны дараах үйл явдал юм.

Биогенезийн тухай ойлголт: гурван шалгах цэгтэй хөтөлбөр

Митохондрийн биогенез гэдэг нь эс митохондрийн чадавхаа нэмэгдүүлэх хөтөлбөр юм. Сурах бичигт тайлбарладаг шатлал нь гурван шалгах цэгээр дамждаг. Нэгдүгээрт, хам идэвхжүүлэгч PGC-1alpha хөтөлбөрийг асаана. Хоёрдугаарт, цөмийн транскрипцийн хүчин зүйлүүд митохондрийн генүүдийн илэрхийллийг идэвхжүүлнэ. Эдгээрийн нэгийг NRF1 буюу цөмийн амьсгалын хүчин зүйл 1 гэж нэрлэдэг нь төөрөгдөл үүсгэж болох ч энэ нь Nrf2-оос өөр уураг юм. Тэдгээрийн идэвхжүүлэх генүүдэд митохондрийн ДНХ-ийг хадгалж, хувилахад оролцдог TFAM багтана. Гуравдугаарт, эсийн митохондрийн геном болон амьсгалын тогтолцооны бүрдэл нэмэгдэнэ. Үүнийг mtDNA-ийн хуулбарын тоо, цитрат синтазын идэвх, эсвэл амьсгалын комплексүүдийн хэмжээ ба идэвхээр хэмжиж болно.

Шалгах цэг бүр өмнөхөөсөө сул эсвэл хүчтэй дүгнэлтийг дэмждэг. PGC-1alpha эсвэл TFAM-ийн мэдээлэгч РНХ нэмэгдэх нь хөтөлбөрийг эхлүүлэх хүсэлт өгөгдсөнийг харуулдаг болохоос бүрэн хэрэгжсэнийг харуулахгүй. mtDNA эсвэл IV комплексийн уураг нэмэгдэх нь материал нэмэгдсэнийг харуулдаг ч бүтэц нь өөрчлөгдсөн митохондрид мөн ийм дүр зураг ажиглагдаж болно. Амьсгал сайжрах, хүчилтөрөгчийн хэрэглээ эсвэл комплексийн идэвх нэмэгдэх нь үйл ажиллагаа өөрчлөгдсөнийг харуулдаг. Гэхдээ шинэ митохондри огт үүсэхгүйгээр үйл ажиллагаа сайжирч болно. Биогенезийн тухай баттай дүгнэлт нь зохицуулагч, агууламж, үйл ажиллагаа гэсэн гурвыг хослуулдаг.

Фибробластын дараагийн судалгаа энэ хэлхээний ихэнх хэсгийг шалгасан. 100 наномоляр метилений хөхөөр үйлчилсэн хүний IMR90 эсүүдэд NAD ба NADH-ийн харьцаа 15 минутын дотор түр нэмэгдэж, нэг өдрийн дотор суурь түвшиндээ буцсан. Эрчим хүчний энэ түр дохионы дараа эрчим хүчний мэдрэгч AMPK түр хугацаанд фосфоржиж, улмаар PGC-1alpha болон үйл ажиллагаатай IV комплексийг угсрахад шаардлагатай SURF1 уураг өдөөгдсөн. IV комплексийн идэвх ойролцоогоор хоёр дахин нэмэгдэж, эсийн исэлдүүлэгчид ойролцоогоор 28 хувиар буурч, теломерүүд илүү удаан богиноссон. Үйл явцын бүрэн дарааллыг метилений хөхийн исэлдэн ангижрах идэвхийг AMPK болон митохондрийн биогенезтэй холбосон өгүүлэлд тайлбарласан.

Тэр өгүүллийн хоёр нарийн зүйлд анхаарах хэрэгтэй. Учир нь ийм зүйлсийг ихэвчлэн орхигдуулдаг. Нэгдүгээрт, идэвхжил байсан эсэхээс илүүтэй түүний хэв маяг чухал байв: метилений хөх AMPK-ыг түр хугацаанд идэвхжүүлсэн бол харьцуулах эм AICAR удаан хугацаагаар идэвхжүүлсэн. Түр идэвхжүүлэгч нь эсийн хөгшрөлтийг удаашруулахдаа ойролцоогоор найм дахин илүү үр нөлөөтэй байв. Иймээс «метилений хөх AMPK-ыг идэвхжүүлдэг» гэсэн дүгнэлт дутуу. Гол дүгнэлт нь AMPK-ыг түр хугацаанд идэвхжүүлдэг гэдэгт орших бөгөөд харьцуулалтын үр дүн удаан үргэлжилсэн идэвхжил ижил үр дүн өгөхгүйг санал болгож байна. Хоёрдугаарт, метилений хөх эсийн мөчлөгийг өөрчлөөгүй. Энэ нь эсүүд зүгээр л удаан хуваагдсан учраас залуу мэт харагдсан гэх хамгийн энгийн өөр тайлбарыг үгүйсгэнэ.

Хулганын судалгааны салбар: зан үйл, геном ба зориудын парадокс өдөөгч

Дунд насны хулгана судалсан баг эсийн өсгөврийн ажлыг амьтанд үргэлжлүүлсэн. Метилений хөхийг 60 хоног амаар өгсний дараа уг бодисыг авсан хулганууд бодис аваагүй хөгширсөн хулгануудтай харьцуулахад биеийн тэсвэр болон орчноо шинжих зан үйлээ илүү хадгалж, түгшүүртэй төстэй зан үйл бага үзүүлсэн. Тархины эдэд хөгшрөлтөөс шалтгаалан дарангуйлагдсан NRF1, TFAM, SOD2 болон IV комплексийн COX1 дэд нэгжийн генүүдийн илэрхийлэл насанд хүрсэн үеийн түвшин рүү сэргэж, mtDNA-ийн хуулбарын тоо нэмэгдсэн. Зан үйл, зохицуулагч, геномын хэмжээ гэсэн эдгээр үр дүнг дунд насны хулганад метилений хөх болон тархины митохондрийн биогенезийг судалсан ажилд мэдээлсэн.

Таамагласан өдөөгч нь сонирхолтой хэсэг юм. Учир нь энэ нь метилений хөхийг антиоксидант гэж үздэг энгийн тайлбартай зөрчилдөнө. Бодисыг авсан хулгануудын тархины митохондрид хүчилтөрөгчийн идэвхтэй хэлбэрүүд, ялангуяа устөрөгчийн хэт исэл илүү их үүссэн. Зохиогчдын таамагласнаар, хэт ислийн сул дохио Nrf2 замыг идэвхжүүлж, тэр нь цааш биогенезийн хөтөлбөрийг өдөөдөг. Энэ загварт метилений хөх өдөөх шатанд прооксидант, харин үр дүнгийн шатанд антиоксидант болдог. Бага хэмжээний стресс өөрөөсөө илүү хүчтэй хамгаалалтын хариу урвал өдөөдөг энэ хэв маягийг эм судлаачид гормезис гэж нэрлэдэг. Хэт ислийн нэмэгдэл үнэхээр Nrf2-ын идэвхжлийг үүсгэдэг эсэхийг шууд туршаагүй. Энэ нь хэмжиж тогтоосон холбоос бус, таамагласан холбогч юм.

Ижил багийн хавсарсан судалгаа уг таамгийн аюулгүй байдлын талыг сорьсон. Тусгаарласан тархины митохондрид метилений хөх 50 наномоляр хүртэл бага концентрацад устөрөгчийн хэт ислийн үүсэлтийг нэмэгдүүлсэн ч эмчилгээний концентрацад митохондрийн ДНХ-д илрүүлэхүйц гэмтэл үүсгээгүй. Эмчилгээний түвшнээс хавьгүй өндөр буюу 100 микромоляр концентрацад л сонгосон mtDNA-ийн хэсгүүдэд гэмтэл илэрсэн. Харин 20 микромоляр будагч бодисыг улаан гэрэлтэй хослуулахад синглет хүчилтөрөгч үүсэж, mtDNA-д өргөн хүрээний гэмтэл учруулсан. Энэ нь харанхуй нөхцөл дэх фармакологийн үйлдэл бус, будагч бодисын мэдэгдэж буй гэрэлд мэдрэгжүүлэгч шинж юм. Урьдчилан үйлчлэхэд бүр дунд тархины вентрал хэсгийн митохондрийг ротеноноос үүдэлтэй mtDNA-ийн гэмтлээс хамгаалсан. Тунгийн хамаарал болон генийн хоруу чанарын хяналтуудыг метилений хөхийн генийн хоруу чанаргүй хэт исэл үүсэлтийн тухай судалгаанд дэлгэрэнгүй тайлбарласан.

Хэмжсэн зүйл ба таамагласан зүйл: бүдүүвчийг унших нь

Доорх замын бүдүүвчийг энэ нийтлэлд зориулан, бичвэрт хийсэн ялгааг тодорхой болгохын тулд зурсан. Бүтэн хүрээтэй нүднүүд нь метилений хөхийн судалгаануудад туршилтаар шууд дэмжигдсэн алхмуудыг харуулна: NAD/NADH-ийн харьцааг өөрчилдөг исэлдэн ангижрах мөчлөг, AMPK-ын түр фосфоржилт, PGC-1alpha болон SURF1-ийн өдөөгдөл, IV комплексийн идэвх нэмэгдэх, NQO1 болон TrxR1-ийн өдөөгдөл, хулганын тархинд биогенезийн генүүдийн илэрхийлэл болон mtDNA-ийн хуулбарын тоо сэргэх, эмчилгээний тунгаар mtDNA гэмтээлгүй хэт исэл нэмэгдэх. Тасархай хүрээтэй нүднүүд нь таамагласан холбоосуудыг харуулна: Keap1 хэт ислийн дохиог мэдрэх, Nrf2 цөмд хуримтлагдан хамгаалалтын генүүдийг идэвхжүүлэх, Nrf2-ын идэвхжилээс биогенезийн хөтөлбөрт хүрэх шалтгаант холбоо. Эдгээр тасархай алхам үнэмшилтэй, өгөгдөлтэй нийцсэн, сурах бичгийн нийтлэг биологийн ойлголт мөн. Гэвч эдгээр өгүүлэлд тэдгээрийг бүтэн хүрээтэй нүд болгохуйц хяналтуудтайгаар буюу цөмийн Nrf2, ARE репортер, Nrf2 генийг идэвхгүй болгох аргаар хэмжээгүй.

Бүдүүвчийг харахад гурван төөрөгдөл тодорхой болно. Нэгдүгээрт, NRF1 болон Nrf2 нь бараг ижил нэртэй боловч өөр өөр уураг юм. Хулганын судалгаанд антиоксидант транскрипцийн хүчин зүйлийг бус, биогенезийн зохицуулагч болох цөмийн амьсгалын хүчин зүйл 1-ийг хэмжсэн. Тэдгээрийг нэг зүйл мэт үзвэл бүдүүвч бүхэлдээ нэг зангилаа болж хувирна. Хоёрдугаарт, генийн илэрхийлэл бол үйл явцын төгсгөл бус, эхлэл юм. TFAM эсвэл COX1-ийн мэдээлэгч РНХ сэргэх нь биогенезийн хүсэлт өгөгдсөнийг дэмждэг бол mtDNA-ийн хуулбарын тоо болон IV комплексийн идэвх нь тэр хүсэлт хэрэгжсэний нотолгоо болдог. Гуравдугаарт, антиоксидант үр дүн Nrf2 замыг батлахгүй. Фибробласт дахь исэлдүүлэгчийн 28 хувийн бууралт болон хулганад ротеноноос хамгаалсан нөлөө нь бодитоор ажиглагдсан дараагийн шатны үр нөлөө боловч хэд хэдэн зам эдгээр үр дүнд хүрч болно.

Тасархай хүрээтэй нүдийг бүтэн хүрээтэй болгоход юу хэрэгтэй вэ

Дутуу байгаа туршилтууд нь стандарт туршилтууд юм. Метилений хөхөд өртүүлсний дараах цөмийн Nrf2 уургийг түр AMPK дохиотой тааруулсан хугацааны явцаар хэмжвэл хоёр салаа үнэхээр хамт идэвхждэг эсэхийг шалгана. Энэ нь зэрэгцсэн идэвхжлийн таамагт дэвшүүлсэн зүйл юм. ARE-ээр удирдуулсан репортер нь транскрипцийн идэвхийг бай генүүдээс таамаглахын оронд шууд баталгаажуулна. Nrf2-ын илэрхийллийг бууруулсан эсвэл генийг нь идэвхгүй болгосон нөхцөлд биогенезийн үзүүлэлтүүдийг дахин хэмжих нь шалтгаант холбоог шууд шалгана: хэрэв Nrf2 байхгүй үед IV комплексийн өдөөгдөл болон mtDNA-ийн нэмэгдэл хадгалагдвал таамагласан холбогч буруу бөгөөд нөлөөг AMPK салаа дангаараа үүсгэж байна гэсэн үг. Амьтны судалгаанд зохицуулагч, агууламж, үйл ажиллагаа гэсэн ижил гурван шалгах цэгтэй, удаан хугацаанд тун өгсөн судалгаа хийвэл хөтөлбөр идэвхтэй хэвээр үлдэх үү, эсвэл дасан зохицох уу гэдгийг шалгана. Тэр хүртэл эрчим хүчний болон хамгаалалтын замуудын зэрэгцсэн идэвхжил нь зохиогчдынхоо нэрлэснээр л үлдэнэ: тогтоогдсон механизм бус, гол хүчин зүйл байж болзошгүй зүйл.

Фармакологийн өргөн хүрээний үүднээс сонирхож буй уншигчдад холбогдох нөхцөл хэрэгтэй байж болно: метилений хөх митохондрийн түвшинд электроныг хэрхэн зөөвөрлөдөг, митохондри болон эсийн эрчим хүчинд өөр ямар нөлөө үзүүлдэг, эсийн хөгшрөлтийн талаарх үр дүн хөгшрөлтийн судалгаанд ямар байр суурь эзэлдэг, биогенезийн тухай дүгнэлтүүд танин мэдэхүйн гүйцэтгэлтэй хэрхэн холбогддог, мөн тунгийн тухай аливаа хэлэлцүүлгийн хүрээг тогтоодог аюулгүй байдлын баримтууд. Эдгээр нь тус бүрдээ өөрийн нотолгоотой тусдаа ойлголтууд бөгөөд энэ нийтлэл Nrf2-ын хувьд хийсэнчлэн хэмжсэн зүйл ба таамагласан зүйлийг нь адилхан ялгаж авч үзэх шаардлагатай.