मेथिलीन ब्लू, टाऊ आणि अमायलॉइड: प्रथिनांच्या निष्कासनाच्या यंत्रणा वेगवेगळ्या का आहेत

अल्झायमर रोगाशी संबंधित प्रथिनांवर मेथिलीन ब्लू काय करते असे विचारा, आणि जिथे अटी व मर्यादा स्पष्ट करणारी तीन उत्तरे मिळायला हवीत, तिथे तुम्हाला एकच ठाम उत्तर ऐकायला मिळेल. चाचणी नळीत ते टाऊला स्वतःशी चिकटण्यापासून रोखते. उंदरांच्या एका मॉडेलमध्ये ते विद्राव्य अमायलॉइड कमी करते, पण टाऊवर परिणाम करत नाही. दुसऱ्या मॉडेलमध्ये ते मुळात अमायलॉइड तयार करणाऱ्या विकराची क्रियाशीलता कमी करते. यापैकी प्रत्येक निष्कर्ष खरा आहे. पण कोणताही निष्कर्ष संपूर्ण चित्र मांडत नाही, आणि हे सर्व परिणाम एकाच प्राण्यात एकाच वेळी घडत नाहीत. हा लेख या तिन्ही गोष्टी वेगळ्या मांडतो, जेणेकरून एका प्रयोगातील निष्कर्ष दुसऱ्या प्रयोगाचा पुरावा म्हणून उद्धृत करणे थांबेल.

मेथिलीन ब्लू पेशींच्या आत कसे कार्य करते याचे व्यापक चित्र समजून घेऊ इच्छिणाऱ्या वाचकांनी तिथून सुरुवात करावी. यापैकी कशाचाही रुग्णांना फायदा झाला का हे जाणून घेऊ इच्छिणाऱ्यांनी अल्झायमर रोगातील नैदानिक निष्कर्षांचा आढावा वाचावा; मानवी चाचण्यांचे परिणाम तिथे मांडले आहेत. या लेखात त्या आढाव्याची पुनरावृत्ती केलेली नाही.

टाऊबाबतचा निष्कर्ष एकत्रीकरणाच्या चाचण्यांशी संबंधित आहे

या तिन्ही कथांपैकी सर्वात जुनी कथा टाऊवरील पेशीविरहित प्रयोगांमधून आली आहे. टाऊ हे न्यूरोफायब्रिलरी गुंतागुंती तयार करणारे प्रथिन आहे. टाऊ-टाऊ बंधन चाचणीत टाऊचे तुकडे एकत्र येऊन जोडीयुक्त सर्पिल तंतू तयार करतात, आणि मेथिलीन ब्लूसह फेनोथायाझिन रंगद्रव्ये कमी micromolar सांद्रतांवर ही रचना तयार होण्यास प्रतिबंध करतात. नंतरच्या जैवरासायनिक कामातून याचे रासायनिक स्पष्टीकरण मिळाले: हे रंगद्रव्य टाऊवरील सिस्टीन अवशेषांचे ऑक्सिडीकरण करते, त्यामुळे त्याचे एकक स्वरूप स्थिर होते आणि अन्यथा वाढणाऱ्या तंतिकांची निर्मिती दडपली जाते. टाऊच्या एकत्रीकरणाला प्रतिबंध करणाऱ्या नोंदवलेल्या सांद्रता साधारणपणे एक-अंकी ते काही दहांच्या खालच्या पातळीतील micromolar श्रेणीत आहेत; पुढील सर्व विवेचनासाठी ही श्रेणी महत्त्वाची आहे.

हा दावा नेमका कोणत्या प्रकारचा आहे हे लक्षात घ्या. तो टाऊची निर्मिती, जिवंत मेंदूतील टाऊचे फॉस्फोरिलीकरण किंवा टाऊचे निष्कासन यांबद्दल काहीही सांगत नाही. तो एवढेच सांगतो की चाचणी नळीतील निश्चित परिस्थितीत ऑक्सिडीकृत रंगद्रव्य टाऊला एकावर एक रचले जाण्यापासून रोखते. हा नेमका, मर्यादित आणि उपयुक्त निष्कर्ष आहे. पण त्याचा विस्तार करून मेथिलीन ब्लू टाऊशी संबंधित विकृत बदल दूर करते असा सर्वसाधारण दावा केला जातो तेव्हा समस्या सुरू होते, कारण प्राण्यांमधील डेटा त्या दाव्याला साथ देत नाही.

प्रोटिअसोमबाबतचा निष्कर्ष 3xTg-AD उंदरांमधून आला, आणि त्यात अमायलॉइड व टाऊचे परिणाम वेगळे होते

वेगवेगळ्या मोजलेल्या परिणामांतील फरक सर्वात स्पष्टपणे दाखवणारा प्रयोग म्हणजे अल्झायमरशी संबंधित तीन उत्परिवर्तने असलेल्या उंदरांमधील 16 आठवड्यांचा आहारविषयक अभ्यास. सहा महिन्यांच्या वयापासून या प्राण्यांना मेथिलीन ब्लू असलेला आहार देण्यात आला, आणि संशोधकांनी एकाच वेळी तीन गोष्टी मोजल्या: प्रोटिअसोम, अमायलॉइडची पातळी आणि टाऊ.

प्रोटिअसोममध्ये बदल झाला. काइमोट्रिप्सिनसदृश क्रियाशीलता साधारण एक चतुर्थांशाने आणि ट्रिप्सिनसदृश क्रियाशीलता साधारण अर्ध्याने वाढली, तर तिसऱ्या उत्प्रेरक क्रियाशीलतेत लक्षणीय बदल झाला नाही. विद्राव्य अमायलॉइड-बीटा 40 आणि 42 प्रत्येकी साधारण एक चतुर्थांशाने कमी झाले. लेखकांनी याचा अर्थ निर्मिती कमी होण्याऐवजी निष्कासन वाढणे असा लावला, कारण पूर्वद्रव्य प्रथिन आणि त्याच्या प्रक्रियेतून तयार होणारे तुकडे बदलले नव्हते; तसेच जल-भूलभुलैयातील प्रोब चाचणीत शिकणे आणि स्मृती यांत सुधारणा झाली.

पण इतर परिणाम वेगळे होते. अविद्राव्य अमायलॉइड बदलले नाही. प्लाक्स दाखवणाऱ्या अभिरंजनात बदल झाला नाही. एकूण मानवी टाऊ आणि थ्रिओनिन 181 वरील फॉस्फो-टाऊ बदलले नाहीत, तसेच टाऊच्या चुकीच्या स्थानिकीकरणातही बदल झाला नाही. माइटोकॉन्ड्रियासंबंधी मोजमापेही बदलली नाहीत: सायटोक्रोम-c ऑक्सिडेजची क्रियाशीलता, ऑक्सिडेज प्रथिन किंवा ATP यांवर लक्षणीय परिणाम झाला नाही. त्यामुळे या मॉडेलमध्ये, या प्रयोगात्मक पद्धतीत, मेथिलीन ब्लूने प्रोटिअसोमच्या तीनपैकी दोन क्रियाशीलता वाढवल्या, विद्राव्य अमायलॉइड कमी केले, वर्तनाच्या एका मोजमापातील कमतरता सुधारली आणि टाऊसंबंधी मोजलेले परिणाम, अविद्राव्य अमायलॉइड व तपासलेले माइटोकॉन्ड्रियासंबंधी परिणाम जसे होते तसेच ठेवले.

एक सावधगिरीचा मुद्दा हे निरीक्षण कमकुवत करण्याऐवजी अधिक नेमके करतो. तपासलेल्या वयात या उंदरांमध्ये टाऊचे एकत्रित समूह अद्याप तयार झाले नव्हते, त्यामुळे मेथिलीन ब्लू टाऊच्या गुंतागुंतींवर निष्प्रभ ठरते असे हा प्रयोग दाखवू शकत नाही. तो एवढे दाखवतो की टाऊसंबंधी मोजलेले परिणाम बदलत नसतानाही विद्राव्य अमायलॉइड कमी होऊ शकते. एका प्रथिनात बदल झाला, तर दुसऱ्यात झाला नाही, अशा प्रकारचा निष्कर्ष या विषयाला नेमका आवश्यक आहे. मेथिलीन ब्लूमुळे प्रोटिअसोम सक्रिय होऊन ही दोन्ही वैशिष्ट्यपूर्ण प्रथिने एकत्र निष्कासित होतात असा तुमचा समज असेल, तर हा अभ्यास तो दुरुस्त करतो.

अमायलॉइडच्या निर्मितीबाबतचा निष्कर्ष वृद्ध PSAPP उंदरांमधून आला, आणि तो आधीच्या यंत्रणेशी विसंगत आहे

वेगळा संशोधन गट, वेगळे मॉडेल आणि प्रक्रियेच्या सुरुवातीच्या टप्प्याबद्दल उलट स्पष्टीकरण. 15 महिन्यांच्या PSAPP उंदरांमध्ये तीन महिने नळीद्वारे तोंडातून औषध देण्याच्या अभ्यासात, दररोज तोंडावाटे दिलेल्या 3 mg/kg मात्रेमुळे मेंदूच्या विविध भागांतील प्लाक्सचे प्रमाण साधारण एक तृतीयांश ते अर्ध्याने कमी झाले. अमायलॉइडचे अनेक अंशही कमी झाले, ज्यात खास चाचणीने मोजलेले ऑलिगोमर्स समाविष्ट होते. पण येथे सुचवलेली यंत्रणा जलद निष्कासनाची नव्हे, तर कमी निर्मितीची होती: मेंदूतील BACE1 प्रथिन कमी झाले, त्याचे उत्पादन C99 कमी झाले, पण संदेशवाहक RNA कमी झाले नाही. हे जनुकाची अभिव्यक्ती कमी होण्याऐवजी प्रथिनाच्या पातळीवर होणाऱ्या परिणामाकडे निर्देश करते.

पेशींवरील कामाने या स्पष्टीकरणाला अधिक आधार दिला. पुनर्संयोजित विकर वापरलेल्या पेशीविरहित चाचणीत मेथिलीन ब्लूने BACE1 ला थेट प्रतिबंध केला. मानवी अमायलॉइड पूर्वद्रव्य प्रथिनाची अभिव्यक्ती करणाऱ्या हॅम्स्टरच्या अंडाशयातील पेशींमध्ये 1.56 micromolar इतक्या कमी सांद्रतेवरही स्रवलेले अमायलॉइड 40 आणि 42 कमी झाले, तर पूर्वद्रव्य प्रथिन स्वतः अपरिवर्तित राहिले. याची आधीच्या अभ्यासाशी तुलना करा: तिथे पूर्वद्रव्याच्या प्रक्रियेतून तयार होणारे तुकडे बदलले नव्हते आणि परिणामाचे श्रेय निष्कासनाला दिले गेले होते. हे दोन्ही निष्कर्ष एकाच सार्वत्रिक यंत्रणेचे वर्णन करू शकत नाहीत, कारण मॉडेल्स, वय, मात्रा, देण्याचे मार्ग आणि कालावधी वेगळे आहेत. हाच मुख्य मुद्दा आहे. एका प्रयोगरचनेत मेथिलीन ब्लूचे अमायलॉइडवरील परिणाम निर्मितीमार्गे होतात, तर दुसऱ्यात निष्कासनामार्गे; आणि प्रयोगरचनेचा संदर्भ न देता यांपैकी कोणताही निष्कर्ष उद्धृत करणे दिशाभूल करणारे ठरते.

एक रासायनिक प्रक्रिया, अनेक लक्ष्ये: सिस्टीनच्या ऑक्सिडीकरणाचा दुवा

संशोधनाची तिसरी दिशा एकच रेडॉक्स रसायनप्रक्रिया परस्पर असंबंधित प्रथिनांच्या कथांमध्ये कशी दिसू शकते हे स्पष्ट करते. कॅस्पेजच्या प्रतिबंधावरील जैवरासायनिक अभ्यासात, मेथिलीन ब्लूने कॅस्पेज-6 मधील उत्प्रेरक सिस्टीनचे सल्फेनिक आम्लात ऑक्सिडीकरण करून ते निष्क्रिय केले. याची पुष्टी वस्तुमान वर्णपटमितीने झाली, आणि अर्ध-कमाल परिणामाची सांद्रता जवळपास 10.6 micromolar होती. कॅस्पेज-3 लाही अशाच सांद्रतेवर प्रतिबंध झाला. लेखकांनी याचा टाऊवरील संशोधनाशी स्पष्ट संबंध जोडला: टाऊचे एकक स्वरूप टिकवून ठेवण्यासाठी सुचवलेली तीच सिस्टीनचे ऑक्सिडीकरण करणारी रासायनिक प्रक्रिया सिस्टीन प्रोटीएजला निष्क्रिय करू शकते, आणि दोन्हींच्या प्रभावी सांद्रतांच्या श्रेणी एकमेकांशी जुळतात.

हे स्पष्टीकरण सुंदर आहे, पण त्यातून सावधगिरीचा इशाराही मिळतो. उघड्या सिस्टीन अवशेषांचे ऑक्सिडीकरण करणाऱ्या रेडॉक्स-सक्रिय रेणूला कोणत्याही क्रियाशील सांद्रतेवर एकापेक्षा अधिक लक्ष्ये असतील. टाऊचे एकत्रीकरण मोडण्याची कथा, कॅस्पेजची कथा आणि कदाचित इतर कथांमध्येही रासायनिक क्रिया समान असते, पण ती ज्या घटकांवर घडते ते वेगळे असतात. ही समान क्रिया त्या निष्कर्षांना परस्पर अदलाबदल करण्याजोगे बनवत नाही. याचा अर्थ कोणते लक्ष्य महत्त्वाचे ठरते हे मात्रा आणि संदर्भ ठरवतात; तसेच सिस्टीनवर अवलंबून असलेल्या एका प्रक्रियेसाठी दीर्घकाळ मात्रा देताना इतर प्रक्रियांवरही परिणाम होऊ शकतो. कॅस्पेज अभ्यासाच्या लेखकांनी हा मुद्दा थेट मांडला होता. मेथिलीन ब्लूची रेडॉक्स रसायनप्रक्रिया आपली लक्ष्ये कशी निवडते, प्रोटिअसोम सक्रिय होण्याचा इतर एकत्रित प्रथिनांसाठी काय अर्थ होतो आणि दीर्घकालीन मात्रा देण्यामुळे लक्ष्यांचे स्वरूप बदलते का या संबंधित प्रश्नांपैकी प्रत्येकाचे स्वतंत्र विवेचन आवश्यक आहे.

मोजलेल्या परिणामांनुसार यंत्रणा: कोणता निष्कर्ष कोणत्या मॉडेलशी संबंधित आहे

तक्ता ओळीनुसार वाचा, म्हणजे बोध स्पष्ट होतो. एकाही ओळीत प्रत्येक स्तंभात बदल दिसत नाही. अमायलॉइडच्या निर्मितीबाबतचा सर्वात ठोस निष्कर्ष अशा अभ्यासातून येतो ज्याने प्रोटिअसोम तपासलाच नव्हता. प्रोटिअसोमबाबतचा सर्वात ठोस निष्कर्ष अशा अभ्यासातून येतो ज्यात पूर्वद्रव्याच्या प्रक्रियेत मुळीच बदल झाला नव्हता. टाऊबाबतचा निष्कर्ष प्रामुख्याने चाचणी नळ्यांपुरता आणि अपेक्षित लक्ष्याबाहेरील विकरांशी सामायिक असलेल्या रसायनप्रक्रियेपुरता मर्यादित आहे. हे सर्व स्तंभ एकत्र करून मेथिलीन ब्लू विकृत प्रथिनांचा संपूर्ण वर्ग निष्कासित करते असा दावा करणारी व्यक्ती प्रत्यक्षात कधीच न झालेल्या प्रयोगाचा आढावा लिहित आहे.

ही काटेकोरता रुग्णांबाबतही लागू होते. या यंत्रणांचा एकत्रित परिणाम नैदानिक फायद्यात होतो का हा स्वतंत्र प्रश्न आहे, ज्याच्या स्वतःच्या चाचण्या आणि स्वतःचे निष्कर्ष आहेत. त्याचे उत्तर येथे नव्हे, तर अल्झायमरमधील नैदानिक पुराव्यांच्या आढाव्यात दिले आहे.