Il-blu tal-metilen, Nrf2 u l-bijogenesi mitokondrijali: x'tkejjel u x'għadu propost

Sentenza waħda tidher ta' spiss fil-kitbiet dwar il-blu tal-metilen: jattiva Nrf2 u jibni mitokondriji ġodda. Is-sentenza tinqara bħala stqarrija waħda, iżda fiha żewġ kunċetti differenti, studjati f'sistemi differenti, b'tipi differenti ta' evidenza. L-ewwel huwa mogħdija ta' sinjalar, sensur li jattiva ġeni tad-difiża. It-tieni huwa programm ta' kostruzzjoni, li bih ċellula tagħmel aktar makkinarju mitokondrijali. Sinjal jista' jagħti bidu għall-kostruzzjoni, iżda li turi li s-sinjal ġie attivat mhuwiex l-istess bħal li turi li l-bini tlesta, u li turi aktar materjal tal-bini mhuwiex l-istess bħal li turi provvista aħjar tal-enerġija. Dan l-artiklu jżomm dawn it-tliet affarijiet separati.

Il-kunċett ta' Nrf2: sensur, mhux tarka

Nrf2 (fattur nukleari 2 relatat mal-fattur eritrojde 2) huwa fattur ta' traskrizzjoni, proteina li xogħolha huwa li tattiva l-ġeni. F'kundizzjonijiet ta' mistrieħ jinżamm fiċ-ċitoplażma minn proteina sensur imsejħa Keap1, li tgħaddih lill-makkinarju taċ-ċellula li jarmi l-materjal, biex jinqered kontinwament. Meta ossidanti jew elettrofili jimmodifikaw iċ-ċisteini reattivi fuq Keap1, dan il-proċess ta' rimi jieqaf. Nrf2 li jkun għadu kemm ġie prodott jakkumula, jidħol fin-nukleu, jingħaqad ma' proteini Maf żgħar, u jintrabat ma' sekwenzi tad-DNA msejħa elementi ta' rispons antiossidanti. Dik ir-rabta tattiva sensiela ta' ġeni tad-difiża.

L-indikaturi kanoniċi ta' din il-mogħdija huma speċifiċi. NQO1 (NAD(P)H quinone dehydrogenase 1) u TrxR1 (thioredoxin reductase 1) huma fost l-aktar ġeni fil-mira ta' Nrf2 affidabbli. HO-1 (heme oxygenase-1) jista' jiġi indott b'mod qawwi, iżda jirrispondi wkoll għal regolaturi oħra. Enżimi bħal SOD u katalasi huma makkinarju antiossidanti, iżda l-livelli tagħhom huma kkontrollati minn ħafna fatturi ta' traskrizzjoni, għalhekk żieda f'SOD waħedha ma tipprovax li Nrf2 kien il-kawża. L-evidenza l-aktar qrib tal-avveniment tas-sinjalar hija l-akkumulazzjoni ta' Nrf2 fin-nukleu, l-attivazzjoni ta' sistema rapportatriċi ARE, jew l-induzzjoni ta' miri kanoniċi li tisparixxi meta Nrf2 jitneħħa. Kull ħaġa oħra, livelli aktar baxxi ta' ossidanti, sopravivenza aħjar taħt stress, aktar glutatjon, hija effett sussegwenti li ħafna mogħdijiet jistgħu jipproduċu.

L-ewwel riżultat dwar il-blu tal-metilen f'din l-istorja jinsab qrib in-naħa tal-evidenza diretta fuq dik l-iskala. Fibroblasti esposti għal blu tal-metilen f'konċentrazzjonijiet nanomolari wrew senixxenza mdewma flimkien ma' kontenut ogħla ta' kumpless IV, konsum ogħla ta' ossiġnu, u induzzjoni tal-enżimi tal-fażi 2 TrxR1 u NQO1, kif irrappurtat fi l-istudju li l-ewwel rabat il-blu tal-metilen mat-titjib mitokondrijali u d-dewmien tas-senixxenza. TrxR1 u NQO1 huma eżattament il-miri kanoniċi ta' Nrf2 li qarrej attent ikun irid jara. Dak li l-istudju ma weriex huwa l-avveniment tas-sinjalar innifsu: l-ebda kejl ta' Nrf2 fin-nukleu, l-ebda sistema rapportatriċi ARE, l-ebda kontroll bit-tneħħija tal-ġene Nrf2. Għalhekk il-qari onest huwa li l-blu tal-metilen jinduċi ġeni magħrufa fil-mira ta' Nrf2 f'din is-sistema, u dan huwa konsistenti mal-attivazzjoni ta' Nrf2 iżda ma jiżolax lil Nrf2 bħala l-kawża. L-induzzjoni ta' ġene fil-mira hija pass wieħed wara l-iswiċċ.

Il-kunċett tal-bijogenesi: programm bi tliet punti ta' kontroll

Il-bijogenesi mitokondrijali hija l-programm li bih ċellula tipproduċi aktar kapaċità mitokondrijali. Il-ġerarkija tagħha, kif deskritta fil-kotba tat-tagħlim, tgħaddi minn tliet punti ta' kontroll. L-ewwel, il-koattivatur PGC-1alpha jattiva l-programm. It-tieni, fatturi nukleari ta' traskrizzjoni (b'mod li jista' jħawwad, wieħed jismu NRF1, fattur respiratorju nukleari 1, proteina differenti minn Nrf2) imexxu l-espressjoni ta' ġeni mitokondrijali, inkluż TFAM, li jżomm u jirreplika d-DNA mitokondrijali. It-tielet, iċ-ċellula tispiċċa b'aktar ġenomi mitokondrijali u aktar makkinarju respiratorju, li jistgħu jitkejlu bħala n-numru ta' kopji ta' mtDNA, l-attività taċ-ċitrat sintasi, jew l-abbundanza u l-attività tal-kumplessi respiratorji.

Kull punt ta' kontroll jirrappreżenta stqarrija aktar dgħajfa jew aktar b'saħħitha minn dik ta' qablu. Livell ogħla ta' RNA messaġġier għal PGC-1alpha jew TFAM juri li l-programm intalab, mhux li tlesta. Aktar mtDNA jew aktar proteina tal-kumpless IV juru aktar materjal, iżda mitokondriji rimudellati jistgħu jagħtu l-istess stampa. Respirazzjoni aħjar, konsum ogħla ta' ossiġnu jew attività ogħla tal-kumplessi, juru li l-funzjoni nbidlet, iżda l-funzjoni tista' titjieb mingħajr ebda mitokondrija ġdida. Stqarrija b'saħħitha dwar il-bijogenesi tgħaqqad it-tlieta: regolatur, kontenut u funzjoni.

L-istudju ta' segwitu fuq il-fibroblasti eżamina l-biċċa l-kbira ta' dik il-katina. F'ċelluli umani IMR90 trattati b'100 nanomolar ta' blu tal-metilen, il-proporzjon ta' NAD għal NADH żdied temporanjament fi żmien 15-il minuta u reġa' lura għal-livell bażi fi żmien ġurnata. Dak is-sinjal temporanju tal-enerġija ġie segwit minn fosforilazzjoni temporanja tas-sensur tal-enerġija AMPK, imbagħad minn induzzjoni ta' PGC-1alpha u ta' SURF1, proteina meħtieġa biex jinġabar kumpless IV funzjonali. L-attività tal-kumpless IV bejn wieħed u ieħor irduppjat, l-ossidanti ċellulari naqsu b'madwar 28 fil-mija, u t-telomeri tnaqqru aktar bil-mod. Is-sekwenza sħiħa hija deskritta fi l-artiklu xjentifiku li jgħaqqad l-attività redox tal-blu tal-metilen ma' AMPK u l-bijogenesi mitokondrijali.

Żewġ dettalji f'dak l-artiklu jistħoqqilhom attenzjoni għax huma t-tip ta' dettall li s-soltu jitħalla barra. L-ewwel, il-mudell tal-attivazzjoni kien aktar importanti mill-preżenza tagħha: il-blu tal-metilen attiva AMPK temporanjament, filwaqt li l-mediċina ta' referenza AICAR attivatu kronikament, u l-attivatur temporanju dewwem is-senixxenza b'effettività madwar tmien darbiet akbar. Għalhekk stqarrija bħal "il-blu tal-metilen jattiva AMPK" mhijiex kompluta; l-istqarrija rilevanti hija li jattiva AMPK temporanjament, u l-paragun jissuġġerixxi li l-attivazzjoni kronika ma tagħmilx l-istess xogħol. It-tieni, il-blu tal-metilen ma biddilx iċ-ċiklu ċellulari, u dan jeskludi l-aktar spjegazzjoni alternattiva sempliċi: li ċ-ċelluli sempliċement qasmu aktar bil-mod u għalhekk dehru iżgħar.

Il-fergħa tal-ġrieden: imġiba, ġenomi u stimolu deliberatament paradossali

Ix-xogħol fuq il-kulturi taċ-ċelluli ġie estiż għall-annimali minn grupp li kien qed jistudja ġrieden ta' età medja. Wara 60 jum ta' blu tal-metilen mogħti mill-ħalq, il-ġrieden trattati żammew aktar mir-reżistenza fiżika u l-imġiba esploratorja tagħhom u wrew inqas imġiba li tixbah l-ansjetà minn ġrieden imdaħħla fl-età mhux trattati. Fit-tessut tal-moħħ, ġeni li t-tixjiħ kien naqqas l-espressjoni tagħhom, NRF1, TFAM, SOD2 u s-subunità COX1 tal-kumpless IV, reġgħu qorbu lejn il-livelli tal-adulti, u n-numru ta' kopji ta' mtDNA żdied. Dawk ir-riżultati, imġiba flimkien ma' regolatur u abbundanza tal-ġenomi, huma rrappurtati fi l-istudju fuq ġrieden ta' età medja dwar il-blu tal-metilen u l-bijogenesi mitokondrijali fil-moħħ.

L-istimolu propost huwa l-parti interessanti, għax imur kontra l-istorja sempliċi li l-blu tal-metilen huwa antiossidant. Il-ġrieden trattati wrew produzzjoni ogħla ta' speċijiet reattivi tal-ossiġnu fil-mitokondriji tal-moħħ, speċifikament perossidu tal-idroġenu. Il-proposta tal-awturi: sinjal ħafif ta' perossidu huwa dak li jattiva l-mogħdija Nrf2, li mbagħad tmexxi l-programm tal-bijogenesi. F'dan il-mudell il-blu tal-metilen huwa pro-ossidant fil-pass tal-istimolu u antiossidant fil-pass tar-riżultat, mudell li l-farmakologi jsejħulu ormesi, fejn stress żgħir jipprovoka difiża akbar mill-istress innifsu. Jekk dik iż-żieda fil-perossidu fil-fatt tikkawżax l-attivazzjoni ta' Nrf2 ma ġiex ittestjat direttament; hija r-rabta proposta, mhux rabta mkejla.

Studju relatat mill-istess grupp ittestja bir-reqqa l-aspett tas-sikurezza ta' dik il-proposta. F'mitokondriji iżolati mill-moħħ, il-blu tal-metilen żied il-produzzjoni tal-perossidu tal-idroġenu f'konċentrazzjonijiet baxxi sa 50 nanomolar, iżda konċentrazzjonijiet terapewtiċi ma kkawżaw l-ebda ħsara li setgħet tiġi identifikata fid-DNA mitokondrijali. Kien biss f'100 micromolar, ferm ogħla mil-livelli terapewtiċi, li frammenti magħżula ta' mtDNA wrew ħsara, u l-kombinazzjoni ta' 20 micromolar taż-żebgħa ma' dawl aħmar ipproduċiet ossiġnu singlet li għamel ħsara mifruxa lill-mtDNA, li hija l-imġiba magħrufa taż-żebgħa bħala fotosensitizzatur aktar milli l-farmakoloġija tagħha fid-dlam. It-trattament minn qabel saħansitra pproteġa l-mitokondriji tal-parti ventrali tal-moħħ tan-nofs kontra leżjonijiet fl-mtDNA indotti mir-rotenone. Ir-rispons għad-doża u l-kontrolli tal-ġenotossiċità huma deskritti fid-dettall fi l-istudju dwar il-produzzjoni mhux ġenotossika tal-perossidu mill-blu tal-metilen.

Imkejjel kontra propost: kif taqra d-dijagramma

Id-dijagramma tal-mogħdija hawn taħt tfasslet għal dan l-artiklu biex iżżomm ċara d-distinzjoni li t-test ilu jagħmel. Kaxxi bi truf kontinwi huma passi b'appoġġ sperimentali dirett fil-letteratura dwar il-blu tal-metilen: ċikli redox li jbiddlu NAD/NADH, fosforilazzjoni temporanja ta' AMPK, induzzjoni ta' PGC-1alpha u SURF1, attività ogħla tal-kumpless IV, induzzjoni ta' NQO1 u TrxR1, restawr tal-espressjoni tal-ġeni tal-bijogenesi u tan-numru ta' kopji ta' mtDNA fil-moħħ tal-ġrieden, u żieda fil-perossidu mingħajr ħsara lill-mtDNA f'dożi terapewtiċi. Kaxxi bi truf imħażżin huma r-rabtiet proposti: Keap1 jidentifika s-sinjal tal-perossidu, l-akkumulazzjoni ta' Nrf2 fin-nukleu tmexxi l-ġeni tad-difiża, u l-vleġġa kawżali mill-attivazzjoni ta' Nrf2 għall-programm tal-bijogenesi. Dawk il-passi mħażżin huma plawżibbli, konsistenti mad-data, u bijoloġija standard tal-kotba tat-tagħlim, iżda f'dawn l-artikli ma tkejlux bil-kontrolli (Nrf2 fin-nukleu, sistemi rapportatriċi ARE, tneħħija tal-ġene Nrf2) li kienu jagħtuhom l-istatus ta' kaxxi bi truf kontinwi.

Tliet konfużjonijiet isiru viżibbli ladarba jkollok id-dijagramma quddiemek. L-ewwel, NRF1 u Nrf2 huma proteini differenti b'ismijiet kważi identiċi; l-istudju fuq il-ġrieden kejjel il-fattur respiratorju nukleari 1, regolatur tal-bijogenesi, mhux il-fattur ta' traskrizzjoni antiossidanti, u li tħallathom ma' xulxin inaqqas id-dijagramma kollha għal nodu wieħed. It-tieni, l-espressjoni tal-ġeni hija l-bidu tal-istorja, mhux it-tmiem; ir-restawr tal-messaġġi ta' TFAM jew COX1 jappoġġja talba għall-bijogenesi, filwaqt li n-numru ta' kopji ta' mtDNA u l-attività tal-kumpless IV huma l-evidenza li t-talba twettqet. It-tielet, ir-riżultat antiossidanti ma jipprovax li ntużat il-mogħdija Nrf2; it-tnaqqis ta' 28 fil-mija fl-ossidanti fil-fibroblasti u l-protezzjoni kontra r-rotenone fil-ġrieden huma effetti sussegwenti reali, iżda diversi mogħdijiet iwasslu għalihom.

X'jagħti lil kaxxa mħażża l-istatus ta' waħda bi truf kontinwi

L-esperimenti neqsin huma dawk standard. Il-kejl tal-proteina Nrf2 fin-nukleu wara espożizzjoni għall-blu tal-metilen, b'sensiela ta' kejl maż-żmien imqabbla mas-sinjal temporanju ta' AMPK, jittestja jekk iż-żewġ fergħat fil-fatt jiġux attivati flimkien, kif tgħid l-ipoteżi tal-attivazzjoni sinkronizzata. Sistema rapportatriċi mmexxija minn ARE tikkonferma l-attività traskrizzjonali minflok ma tinferiha mill-ġeni fil-mira. Ir-ripetizzjoni tal-kejl tal-bijogenesi b'Nrf2 imnaqqas jew bil-ġene tiegħu mneħħi tittestja l-vleġġa kawżali direttament: jekk l-induzzjoni tal-kumpless IV u ż-żidiet fl-mtDNA jibqgħu mingħajr Nrf2, ir-rabta hija żbaljata u l-fergħa AMPK waħedha twassal għall-effett. Min-naħa tal-annimali, studju b'dożaġġ kroniku bl-istess tliet punti ta' kontroll, regolatur, kontenut, funzjoni, jittestja jekk il-programm jibqax attiv jew jadattax. Sa dakinhar, l-attivazzjoni sinkronizzata tal-mogħdijiet tal-enerġija u tad-difiża tibqa' dak li sejħulha l-awturi tagħha: fattur ewlieni possibbli, mhux mekkaniżmu stabbilit.

Qarrejja li jiġu mill-qasam usa' tal-farmakoloġija jistgħu jkunu jridu l-kuntest ta' madwar dan: kif il-blu tal-metilen jittrasferixxi l-elettroni fil-livell mitokondrijali, x'jagħmel aktar lill-mitokondriji u lill-enerġija ċellulari, fejn jidħlu s-sejbiet dwar is-senixxenza fir-riċerka dwar it-tixjiħ, kif l-istqarrijiet dwar il-bijogenesi huma marbuta mal-prestazzjoni konjittiva, u r-rekord tas-sikurezza li jistabbilixxi l-limiti għal kull diskussjoni dwar id-dożaġġ. Kull wieħed minn dawn huwa kunċett separat bl-evidenza tiegħu stess, u kull wieħed jistħoqqlu l-istess trattament li jiddistingwi l-imkejjel mill-propost li dan l-artiklu ta lil Nrf2.