मेथिलीन ब्लू आणि प्रोजेरिया: पेशींच्या वृद्धत्वाच्या मॉडेलमधून मिळालेले धडे

एका जनुकातील एका अक्षराचा बदल मुलांना भयावह वेगाने वृद्ध करतो. केस गळणे, सांधे आखडणे, धमन्या अरुंद होणे आणि अपेक्षित आयुर्मान किशोरवयापर्यंतच असणे. या आजाराचे नाव हचिन्सन-गिलफोर्ड प्रोजेरिया सिंड्रोम आहे. अनेक वर्षे त्यावरील संशोधन केंद्रकावर केंद्रित होते, कारण उत्परिवर्तित प्रथिन तिथे हानी पोहोचवते. युनिव्हर्सिटी ऑफ मेरीलँडमधील 2016 च्या एका अभ्यासाने वेगळा प्रश्न विचारला: या पेशींमधील मायटोकॉन्ड्रिया कसे दिसतात? उत्तराने पेशीतील दोन विभागांमधील संबंध उलगडला, आणि शतकभर जुना निळा रंगद्रव्य पदार्थ दोन्हींवर परिणाम करत असल्याचे दिसले.

हा अभ्यास शिओंग आणि सहकाऱ्यांचा असून, तो 2016 मध्ये Aging Cell मध्ये प्रकाशित झाला. त्यातील सर्व प्रयोग संवर्धित पेशींवरच झाले. पुढील सर्व विवेचनाचा आधार हीच बाब आहे. निष्कर्ष खरे आणि विशिष्ट आहेत. कोणत्याही उपचारापासून त्यांचे अंतरही तितकेच स्पष्ट आहे.

मॉडेल: एक उत्परिवर्तन, एक चिकटून राहणारे प्रथिन

प्रोजेरियाची सुरुवात LMNA जनुकाच्या 1824 व्या स्थानावर C ऐवजी T येण्याने होते. या बदलामुळे कोणतेही अमिनो आम्ल बदलत नाही. तो एक सुप्त स्प्लाइसिंग स्थळ सक्रिय करतो, ज्यामुळे लॅमिन A प्रथिनातून 50 अमिनो आम्ले वगळली जातात. प्रोजेरिन नावाच्या या लहान झालेल्या प्रथिनातील छेदनस्थळ नाहीसे होते; सामान्यतः या स्थळामुळे पेशीला त्याचा फार्नेसिल आधार काढून टाकता येतो. त्यामुळे प्रोजेरिन कायम फार्नेसिलयुक्त राहते आणि केंद्रकाच्या आतील झिल्लीला चिकटून बसते. सामान्य लॅमिन A मात्र तिथे जोडले जाण्याचे आणि सुटण्याचे चक्र चालू ठेवते.

केंद्रकावरील परिणामांची व्यवस्थित नोंद झाली आहे आणि ते सूक्ष्मदर्शकाखाली दिसतात. गुळगुळीत अंडाकृती आकार टिकवण्याऐवजी केंद्रकांवर फुगवटे आणि सुरकुत्या येतात. हेटेरोक्रोमॅटिन म्हणजे घट्ट बांधलेला, जनुकीयदृष्ट्या निष्क्रिय DNA, जो सामान्यतः केंद्रकाच्या कडेला अस्तरासारखा असतो; तो विरळ होतो. हजारो जनुकांच्या अभिव्यक्तीत बदल होतो. केंद्रकीय लॅमिनाची कल्पना भिंतीवरील वॉलपेपरमागील आधाररचनेसारखी करा: आधाररचनेचा एखादा भाग चुकीच्या जागी वेल्ड केला, तर भिंतीला फुगवटा येतो आणि संपूर्ण खोलीतील वॉलपेपरची नक्षी विस्कटते.

अभ्यासात प्रोजेरिया रुग्णांच्या त्वचेतील फायब्रोब्लास्ट पेशी आणि तितक्याच वेळा उपसंवर्धन केलेल्या नियंत्रण पेशी वापरल्या गेल्या. यासोबत दुसरी पेशीरेषा अशी अभियांत्रिकीद्वारे तयार केली होती की सामान्य फायब्रोब्लास्ट थेट प्रोजेरिन तयार करू लागतील. या अभियांत्रिकीद्वारे बदललेल्या पेशींमध्येही तेच दोष निर्माण झाले. यामुळे दोषांचे कारण रुग्णांचा पूर्वेतिहास किंवा संवर्धनात गेलेला काळ नसून प्रोजेरिन असल्याचे स्पष्ट होते. तीव्रता प्रोजेरिनच्या प्रमाणानुसार बदलत होती: अधिक प्रोजेरिन व्यक्त करणाऱ्या पेशीरेषेत सर्व बाबतींत अधिक गंभीर दोष दिसले.

मायटोकॉन्ड्रिया कसे दिसत होते

निरोगी फायब्रोब्लास्टमधील मायटोकॉन्ड्रिया केंद्रकाभोवती शाखायुक्त जाळे तयार करतात. त्यांच्या लांब नलिका पेशींच्या सांगाड्यातील मार्गांवरून फिरतात. प्रोजेरिया पेशीरेषांमध्ये हे जाळे नाहीसे झाले होते. मायटोकॉन्ड्रियाचा मोठा हिस्सा तुकड्यांत विभागला होता, अनेक सुजले होते, आणि इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकातून गंभीर नुकसान झालेल्या पेशीअंगकांच्या संख्येत साधारण दुप्पट वाढ दिसली. कालांतराने घेतलेल्या प्रतिमांमधून ते नियंत्रण पेशींतील मायटोकॉन्ड्रियाच्या तुलनेत कमी अंतर आणि कमी वेगाने हालचाल करत असल्याचे दिसले.

रचनेतील बदलांबरोबर कार्यातही बदल झाले. मायटोकॉन्ड्रियातील सुपरऑक्साइड आणि संपूर्ण पेशीतील ऑक्सिडंटचे प्रमाण वाढले. अधिक पेशींमध्ये झिल्लीचे विद्युत विभव बिघडलेले दिसले. ATP निर्मिती घटली. या गोष्टी स्वतंत्रपणे पाहिल्यास अनपेक्षित नाहीत, कारण नुकसान झालेले मायटोकॉन्ड्रिया प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती बाहेर सोडतात आणि कमी ऊर्जा तयार करतात. नवीन बाब होती ती सुचवलेले कारण. PGC-1alpha हा प्रतिलेखनाचा सह-सक्रियकारक NRF1, TFAM तसेच संलयन आणि विभाजन नियंत्रित करणाऱ्या MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 आणि DRP1 यांसारख्या पुढील घटकांद्वारे मायटोकॉन्ड्रियाची जैवउत्पत्ती चालवतो. प्रोजेरिया पेशींमध्ये mRNA स्तरावर त्याचे प्रमाण सुमारे आठपट कमी होते आणि प्रथिनाच्या प्रमाणातही तशीच घट होती. मायटोकॉन्ड्रिया तयार करण्यासाठी आणि टिकवण्यासाठी असलेला मुख्य स्विच प्रोजेरिन दाबत असल्याचे दिसत होते. केंद्रकीय लॅमिनातील नुकसान आणि ऊर्जा चयापचय यांमधील हा संबंध मायटोकॉन्ड्रियातील ऊर्जानिर्मितीच्या व्यापक विवेचनाचा भाग आहे. याच संतुलनाची ऑक्सिडंटशी संबंधित बाजू ऑक्सिडेटिव्ह ताण आणि ROS नियंत्रणाच्या विवेचनात समाविष्ट आहे.

मेथिलीन ब्लूमुळे काय बदलले

संशोधकांनी पेशींना 100 nanomolar या कमी सांद्रतेतील मेथिलीन ब्लूच्या संपर्कात सलग अनेक आठवडे ठेवले. पेशीसंवर्धनाच्या दृष्टीने हा दीर्घकाळ चालणारा सौम्य संपर्क आहे; औषधाचा अल्पकाळाचा झटका नाही. मेथिलीन ब्लू ऑक्सिडीकृत आणि अपचयित रूपांमध्ये चक्रीय बदल करत राहते आणि मायटोकॉन्ड्रियामध्ये इलेक्ट्रॉन वाहून नेऊ शकते. म्हणूनच त्याचे वर्णन मायटोकॉन्ड्रियाला लक्ष्य करणारे रेडॉक्स संयुग म्हणून केले जाते, एखादा ऑक्सिडंट निष्प्रभ केल्यावर स्वतः खर्च होणारे सामान्य अँटिऑक्सिडंट म्हणून नाही.

सामान्य आणि प्रोजेरिया अशा दोन्ही प्रकारच्या पेशींतील मायटोकॉन्ड्रियाने प्रतिसाद दिला. ATP वाढले, ऑक्सिडंटचे प्रमाण घटले आणि गंभीर दोष असलेल्या मायटोकॉन्ड्रियाचा हिस्सा कमी झाला. PGC-1alpha ची अभिव्यक्ती आणि त्याच्या काही पुढील लक्ष्यांची अभिव्यक्ती अंशतः पूर्ववत झाली. इथपर्यंत हा मायटोकॉन्ड्रियाच्या कार्याला सर्वसाधारण आधार देणारा परिणाम आहे; तो प्रोजेरियापुरता विशिष्ट नाही.

केंद्रकातील निष्कर्ष आश्चर्यकारक होते आणि ते रोगग्रस्त पेशींपुरते विशिष्ट होते. आकाराच्या परिमाणात्मक विश्लेषणानुसार केंद्रकावरील फुगवटे कमी झाले. लॅमिन A आणि C चे एकूण प्रमाण वाढले. सर्वांत ठळक बाब म्हणजे प्रोजेरिनच्या स्थानवितरणात बदल झाला: उपचार न केलेल्या प्रोजेरिया पेशींमध्ये केवळ सुमारे 30 टक्के प्रोजेरिन केंद्रकद्रवातील विद्राव्य अंशात होते; उर्वरित झिल्लीला जोडलेले होते. उपचारानंतर विद्राव्य अंशातील हिस्सा सुमारे 65 टक्क्यांपर्यंत वाढला, जो सामान्य लॅमिनच्या वर्तनाजवळ होता. झिल्लीपासून मुक्त झाल्यावर प्रोजेरिन आपल्या शेजारच्या घटकांना कमी प्रमाणात ओढून नेते, आणि लॅमिन A व C चे विद्राव्य अंशही पूर्ववत झाले.

या मुक्ततेनंतर केंद्रकाची दोन वैशिष्ट्ये सुधारली. इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाने आणि हेटेरोक्रोमॅटिन प्रथिन HP1-alpha साठी केलेल्या रंजनाने तपासलेले केंद्रकाभोवतीचे हेटेरोक्रोमॅटिन स्पष्टपणे पूर्ववत झालेले दिसले. तसेच RNA अनुक्रमणातून ट्रान्सक्रिप्टोम पुन्हा सामान्य स्थितीकडे सरकत असल्याचे दिसले: उपचार न केलेल्या प्रोजेरिया पेशी नियंत्रण पेशींपेक्षा 3,200 हून अधिक जनुकांच्या बाबतीत भिन्न होत्या, तर उपचार केलेल्या प्रोजेरिया पेशींमध्ये हा फरक सुमारे 1,670 जनुकांपुरता होता. सामान्य पेशींमध्ये याच उपचाराने केवळ काही डझन जनुकांमध्ये बदल झाला. यावरून केंद्रकावरील परिणाम हा प्रतिलेखनाला मिळालेला सर्वसाधारण धक्का नसून प्रोजेरिनशी संबंधित असल्याचे सूचित होते. पेशी आणि प्राण्यांवरील प्रायोगिक मॉडेल त्यांच्या मथळ्यांतून वाटते त्यापेक्षा अधिक मर्यादित प्रश्नांची उत्तरे देतात, हे तत्त्व मेथिलीन ब्लूवरील संशोधन कसे वाचावे येथे स्पष्ट केले आहे.

हा उपचार का नाही

चार मर्यादांमुळे या अभ्यासाचे स्थान जिथे असायला हवे तिथेच राहते: प्रयोगशाळेत.

पहिली म्हणजे, सर्व काही संवर्धन पात्रांमध्ये झाले. संवर्धनातील फायब्रोब्लास्टना रक्तपुरवठा, प्रतिकारशक्तीशी संबंधित वातावरण, ऊतकांची रचना आणि संपूर्ण शरीरातील औषधक्रियेचा संदर्भ नसतो. एखादे संयुग लक्ष्यापर्यंत पोहोचते की नाही, हे या बाबी ठरवतात. या संशोधनात कोणत्याही प्राण्याला औषध दिले गेले नाही आणि कोणत्याही रुग्णावर उपचार झाले नाहीत.

दुसरी म्हणजे, प्रोजेरिया फायब्रोब्लास्ट हे एका पेशीप्रकाराचे मॉडेल आहे. हा आजार मुख्यतः धमन्या, हाडे आणि चरबीवरील परिणामांमुळे मृत्यूला कारणीभूत ठरतो. अभ्यासात मात्र फायब्रोब्लास्ट आणि गुळगुळीत स्नायूंचे एकच प्रायोगिक मॉडेल तपासले गेले. इतर ऊतके वेगळ्या प्रकारे वागू शकतात.

तिसरी म्हणजे, केंद्रकातील सुधारणा संवर्धन माध्यमात nanomolar सांद्रतेचा अनेक आठवडे सतत संपर्क दिल्यामुळे झाली. संवर्धन पात्रातील सांद्रता म्हणजे औषधाची मात्रा नाही, आणि माध्यमातील 100 nanomolar चे मानवांसाठी उपचारक्रमात रूपांतर करणारी कोणतीही माहिती या लेखात नाही. वैद्यकातील इतर उपयोगांमध्ये मेथिलीन ब्लूचा स्वतःचा मात्रेनुसार प्रतिसाद आणि सुरक्षितता-संबंधी माहिती आहे. हा अभ्यास घरी वापरण्यासाठी कोणताही आधार देत नाही. सुरक्षिततेचा सर्वसाधारण संदर्भ मेथिलीन ब्लूची सुरक्षितता आणि दुष्परिणाम येथे दिला आहे.

चौथी म्हणजे, प्रोजेरिया हे सामान्य वृद्धत्व नाही. हा एकाच उत्परिवर्तनामुळे होणारा दुर्मिळ आजार आहे, ज्यात केंद्रकाची आधाररचना एका विशिष्ट प्रकारे बिघडते. संवर्धित पेशींमध्ये हा विशिष्ट बिघाड कमी करणारे संयुग, ते उत्परिवर्तन नसलेल्या लोकांच्या वृद्धत्वाबद्दल फारसे काही सांगत नाही. पेशींतील ही वैशिष्ट्ये केंद्रक आणि मायटोकॉन्ड्रिया यांमधील परस्परसंवाद समजून घेण्याची खिडकी आहेत; दीर्घायुष्याबाबतचा निष्कर्ष नाहीत.

म्हणून योग्य सारांश हा अटींसहच मांडला पाहिजे. प्रोजेरिया फायब्रोब्लास्टमध्ये प्रोजेरिन PGC-1alpha दाबते आणि त्यामुळे मायटोकॉन्ड्रिया तुकड्यांत विभागलेले, मंद हालचाल करणारे, जास्त ऑक्सिडंट असलेले आणि कमी ऊर्जा निर्माण करणारे होतात. कमी सांद्रतेतील मेथिलीन ब्लूने सर्व पेशींमध्ये मायटोकॉन्ड्रियाच्या कार्याची मोजमापे पूर्ववत केली. त्याचबरोबर रोगग्रस्त पेशींमध्ये प्रोजेरिन केंद्रकाच्या झिल्लीपासून मुक्त केले, ज्यामुळे केंद्रकाचा आकार, हेटेरोक्रोमॅटिन आणि जनुकांची अभिव्यक्ती अंशतः पूर्ववत झाली. या दुहेरी क्रियेमुळे हा अभ्यास जाणून घेण्यासारखा ठरतो. मात्र त्यामुळे मेथिलीन ब्लू हे प्रोजेरिया किंवा वृद्धत्वावरील उपचार ठरत नाही.