मेथिलिन ब्लू र प्रोजेरिया: कोशिकीय बुढ्यौलीको मोडेलबाट सिकिएका कुरा

एउटा जीनको एउटै अक्षरमा हुने परिवर्तनले बालबालिकालाई भयावह गतिमा बुढ्यौलीतर्फ धकेल्छ। कपाल झर्ने, जोर्नीहरू कडा हुने, धमनीहरू साँघुरिने र जीवन प्रत्याशा किशोरावस्थासम्म मात्र हुने। यो रोग हचिन्सन–गिलफोर्ड प्रोजेरिया सिन्ड्रोम हो, र वर्षौँसम्म यसको अनुसन्धान केन्द्रकमा केन्द्रित रह्यो, जहाँ उत्परिवर्तित प्रोटिनले क्षति पुर्‍याउँछ। युनिभर्सिटी अफ मेरिल्यान्डको 2016 को एउटा अध्ययनले फरक प्रश्न उठायो: यी कोशिकाहरूमा माइटोकन्ड्रिया कस्ता देखिन्छन्? यसको उत्तरले कोशिकाका दुई खण्डलाई जोड्यो, र एक शताब्दी पुरानो नीलो रङले दुवैलाई प्रभाव पार्‍यो।

यो अध्ययन Xiong र सहकर्मीहरूले गरेका हुन् र 2016 मा Aging Cell मा प्रकाशित भएको थियो। यसमा सम्पूर्ण काम संवर्धित कोशिकाहरूमा गरिएको थियो। तलका सबै कुरा यही तथ्यको आधारमा बुझ्नुपर्छ। निष्कर्षहरू वास्तविक र विशिष्ट छन्। कुनै पनि उपचारबाट तिनको दूरी पनि उत्तिकै स्पष्ट छ।

मोडेल: एउटा उत्परिवर्तन, एउटा टाँसिइरहने प्रोटिन

प्रोजेरियाको सुरुआत LMNA जीनको 1824 स्थानमा C को सट्टा T आउँदा हुन्छ। यस परिवर्तनले एमिनो एसिड बदल्दैन। यसले लुकेको स्प्लाइस स्थल सक्रिय गर्छ, जसले ल्यामिन A प्रोटिनबाट 50 एमिनो एसिड हटाउँछ। प्रोजेरिन भनिने यो छोटिएको उत्पादनले त्यो विच्छेदन स्थल गुमाउँछ, जसले सामान्य अवस्थामा कोशिकालाई यसको फार्नेसिल टेको हटाउन दिन्थ्यो। त्यसैले प्रोजेरिन स्थायी रूपमा फार्नेसिलयुक्त रहन्छ र केन्द्रकको भित्री झिल्लीमा टाँसिइरहन्छ, जहाँ सामान्य ल्यामिन A जोडिने र छुट्टिने चक्रमा रहन्थ्यो।

केन्द्रकमा पर्ने परिणामहरू राम्रोसँग अभिलेखित छन् र सूक्ष्मदर्शीबाट देख्न सकिन्छ। केन्द्रकहरू चिल्लो अण्डाकार बनिरहनुको सट्टा फोका उठेजस्ता हुन्छन् र चाउरी पर्छन्। हेटेरोक्रोमाटिन अर्थात् सामान्यतया केन्द्रकको किनारमा रहने, बाक्लोसँग प्याक भएको निष्क्रिय DNA पातलिँदै जान्छ। हजारौँ जीनको अभिव्यक्ति बदलिन्छ। केन्द्रकीय ल्यामिनालाई भित्ताको कागजी सजावट पछाडिको आधारभूत ढाँचाजस्तो सम्झनुहोस्: ढाँचाको एउटा भाग गलत ठाउँमा वेल्ड गरियो भने भित्ता फुल्छ र पूरै कोठाभरि कागजको बुट्टा बिग्रिन्छ।

अध्ययनमा प्रोजेरिया भएका बिरामीहरूको छालाका फाइब्रोब्लास्टहरू र उति नै पटक उपसंवर्धन गरिएका नियन्त्रण कोशिकाहरू प्रयोग गरिए। साथै, सामान्य फाइब्रोब्लास्टले सीधै प्रोजेरिन उत्पादन गर्ने गरी तयार पारिएको दोस्रो कोशिका लाइन पनि प्रयोग गरियो। यसरी तयार पारिएका कोशिकाहरूमा पनि उही विकृतिहरू विकसित भए, जसले कारण बिरामीहरूको इतिहास वा संवर्धनमा बिताएको समय नभई प्रोजेरिन नै भएको देखाउँछ। गम्भीरता प्रोजेरिनको मात्राअनुसार बढ्यो: बढी प्रोजेरिन अभिव्यक्त गर्ने कोशिका लाइनमा सबै पक्षमा बढी गम्भीर विकृतिहरू देखिए।

माइटोकन्ड्रिया कस्ता देखिए

स्वस्थ फाइब्रोब्लास्टका माइटोकन्ड्रियाले केन्द्रक वरिपरि हाँगाबिँगा भएको सञ्जाल बनाउँछन्। यी कोशिकीय कङ्कालका मार्गहरूमा हिँड्ने लामा नलीहरू हुन्। प्रोजेरिया कोशिका लाइनहरूमा त्यो सञ्जाल हराएको थियो। माइटोकन्ड्रियाको ठूलो हिस्सा टुक्रिएको थियो, धेरै सुन्निएका थिए, र इलेक्ट्रोन सूक्ष्मदर्शीले गम्भीर रूपमा क्षतिग्रस्त कोशिकाङ्गहरू झन्डै दोब्बर भएको देखायो। समयान्तरालमा खिचिएका तस्बिरहरूले तिनीहरू नियन्त्रण कोशिकाका माइटोकन्ड्रियाभन्दा कम गतिमा र छोटो दूरीसम्म चलिरहेको देखाए।

संरचनामा आएको परिवर्तनसँगै कार्य पनि बदलियो। माइटोकन्ड्रियाको सुपरअक्साइड र सम्पूर्ण कोशिकाका अक्सिडेन्टको स्तर बढ्यो। बढी कोशिकाहरूमा झिल्लीको विद्युतीय विभव बिग्रिएको देखियो। ATP उत्पादन घट्यो। यी कुरा छुट्टाछुट्टै हेर्दा आश्चर्यजनक होइनन्, किनकि क्षतिग्रस्त माइटोकन्ड्रियाबाट प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजातिहरू चुहिन्छन् र ऊर्जा उत्पादन कम हुन्छ। नयाँ कुरा यसको प्रस्तावित कारण थियो। NRF1, TFAM तथा माइटोकन्ड्रिया जोडिने र छुट्टिने प्रक्रियाका नियामक MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 र DRP1 जस्ता त्यसपछि काम गर्ने कारकहरूद्वारा माइटोकन्ड्रियाको निर्माण अघि बढाउने ट्रान्सक्रिप्सन सह-सक्रियकर्ता PGC-1alpha प्रोजेरिया कोशिकाहरूमा mRNA स्तरमा करिब आठ गुणा दबिएको थियो, र प्रोटिनमा पनि त्यसअनुरूप कमी थियो। प्रोजेरिनले माइटोकन्ड्रिया बनाउने र कायम राख्ने मुख्य स्विचलाई दबाइरहेको देखिन्थ्यो। केन्द्रकीय ल्यामिनाको क्षति र ऊर्जा चयापचयबीचको यो सम्बन्ध माइटोकन्ड्रियाबाट हुने ऊर्जा उत्पादनको व्यापक व्याख्याको एक हिस्सा हो। यही सन्तुलनको अक्सिडेन्टसम्बन्धी पक्ष अक्सिडेटिभ तनाव र ROS नियन्त्रणमा समेटिन्छ।

मेथिलिन ब्लूले के परिवर्तन गर्‍यो

अनुसन्धानकर्ताहरूले कोशिकाहरूलाई 100 nanomolar को न्यून सान्द्रतामा मेथिलिन ब्लू लगातार केही हप्तासम्म दिए। कोशिका संवर्धनको सन्दर्भमा यो छोटो समयको औषधीय प्रभाव नभई लामो र हल्का सम्पर्क हो। मेथिलिन ब्लू अक्सिडित र अपचयित रूपबीच चक्रित हुन्छ र माइटोकन्ड्रियाभित्र इलेक्ट्रोन बोक्न सक्छ। त्यसैले यसलाई एउटा अक्सिडेन्ट निष्क्रिय पार्दा आफैँ खपत हुने साधारण एन्टिअक्सिडेन्टभन्दा माइटोकन्ड्रियालाई लक्षित गर्ने रेडक्स यौगिक भनिन्छ।

सामान्य र प्रोजेरिया दुवै प्रकारका कोशिकाहरूका माइटोकन्ड्रियाले प्रतिक्रिया देखाए। ATP बढ्यो, अक्सिडेन्टको स्तर घट्यो र गम्भीर विकृति भएका माइटोकन्ड्रियाको अनुपात कम भयो। PGC-1alpha को अभिव्यक्ति आंशिक रूपमा पुनर्स्थापित भयो, साथै त्यसपछि काम गर्ने यसका केही लक्ष्यहरू पनि पुनर्स्थापित भए। यहाँसम्मको प्रभाव माइटोकन्ड्रियालाई सहयोग गर्ने सामान्य प्रभाव हो, प्रोजेरियामा मात्र सीमित प्रभाव होइन।

केन्द्रकका नतिजाहरू अप्रत्याशित थिए र ती रोगग्रस्त कोशिकाहरूमा मात्र देखिए। आकारको परिमाणात्मक विश्लेषणले केन्द्रकमा फोकाजस्ता उभार घटेको देखायो। ल्यामिन A र C को कुल मात्रा बढ्यो। सबैभन्दा उल्लेखनीय कुरा, प्रोजेरिनको वितरण बदलियो: मेथिलिन ब्लू नदिइएका प्रोजेरिया कोशिकाहरूमा प्रोजेरिनको करिब 30 प्रतिशत मात्र केन्द्रकद्रव्यको घुलनशील अंशमा थियो, बाँकी झिल्लीमा टाँसिएको थियो। मेथिलिन ब्लू दिएपछि घुलनशील अंश बढेर झन्डै 65 प्रतिशत पुग्यो, जुन सामान्य ल्यामिनको व्यवहारनजिक थियो। झिल्लीबाट छुटेपछि प्रोजेरिनले वरपरका अणुहरूलाई आफूसँग कम तान्छ, र ल्यामिन A तथा C का घुलनशील अंशहरू पनि पुनर्स्थापित भए।

यसरी छुटेपछि केन्द्रकका दुई स्वरूपगत विशेषतामा सुधार आयो। इलेक्ट्रोन सूक्ष्मदर्शी र हेटेरोक्रोमाटिन प्रोटिन HP1-alpha को रङ्गाइबाट जाँचिएको केन्द्रकको किनार वरिपरिको हेटेरोक्रोमाटिन स्पष्ट रूपमा पुनर्स्थापित भएको देखियो। साथै, RNA अनुक्रमणले ट्रान्सक्रिप्टोम फेरि सामान्य अवस्थातर्फ सर्दै गएको देखायो: मेथिलिन ब्लू नदिइएका प्रोजेरिया कोशिकाहरू 3,200 भन्दा बढी जीनमा नियन्त्रण कोशिकाहरूभन्दा फरक थिए, जबकि मेथिलिन ब्लू दिइएका प्रोजेरिया कोशिकाहरू करिब 1,670 जीनमा फरक थिए। सामान्य कोशिकाहरूमा यही प्रक्रियाले केही दर्जन जीन मात्र बदल्यो। यसले केन्द्रकमा परेको प्रभाव सामान्य ट्रान्सक्रिप्सनको व्यापक फेरबदल नभई प्रोजेरिनसँग सम्बन्धित भएको संकेत गर्छ। कोशिका र जनावरमा गरिएका प्रयोगहरूले तिनका शीर्षकले संकेत गरेभन्दा साँघुरा प्रश्नहरूको उत्तर दिन्छन् भन्ने सिद्धान्त मेथिलिन ब्लू अनुसन्धान कसरी पढ्ने मा व्याख्या गरिएको छ।

यो किन उपचार होइन

चार सीमाहरूले यो अध्ययनलाई यसको उचित स्थानमै राख्छन्: प्रयोगशालाभित्र।

पहिलो, सबै कुरा प्रयोगशालाका भाँडामा भए। संवर्धित फाइब्रोब्लास्टमा रक्त आपूर्ति, प्रतिरक्षा प्रणालीको सन्दर्भ, तन्तुको संरचना र कुनै यौगिक लक्ष्यसम्म पुग्छ कि पुग्दैन भन्ने निर्धारण गर्ने सम्पूर्ण शरीरको औषधीय व्यवहार हुँदैन। यस अध्ययनमा कुनै जनावरलाई औषधि दिइएन र कुनै बिरामीको उपचार गरिएन।

दोस्रो, प्रोजेरिया फाइब्रोब्लास्ट एउटा कोशिका प्रकारको मोडेल हो। यो रोगले मुख्यतः धमनी, हड्डी र बोसोमा पार्ने प्रभावका कारण मृत्यु हुन्छ, तर अध्ययनले फाइब्रोब्लास्ट र एउटा चिल्लो मांसपेशीको तयारी मात्र जाँच्यो। अन्य तन्तुहरूको व्यवहार फरक हुन सक्छ।

तेस्रो, केन्द्रकमा आएको सुधार संवर्धन माध्यममा हप्तौँसम्म निरन्तर nanomolar सान्द्रताको सम्पर्कबाट आएको थियो। प्रयोगशालाका भाँडामा हुने सान्द्रता औषधिको मात्रा होइन, र यस अध्ययनमा माध्यमको 100 nanomolar लाई मानिसका लागि औषधि दिने तालिका वा मात्रामा रूपान्तरण गर्ने कुनै कुरा छैन। चिकित्सा क्षेत्रका अन्य प्रयोगहरूमा मेथिलिन ब्लूको मात्रा–प्रतिक्रिया सम्बन्ध र सुरक्षा विवरण आफ्नै छन्, र यस अध्ययनले घरमै प्रयोग गर्ने कुनै आधार दिँदैन। सामान्य सुरक्षा सन्दर्भ मेथिलिन ब्लूको सुरक्षा र प्रतिकूल प्रभावहरू मा पाइन्छ।

चौथो, प्रोजेरिया सामान्य बुढ्यौली होइन। यो एउटा उत्परिवर्तनबाट हुने दुर्लभ रोग हो, जसमा केन्द्रकको आधारभूत ढाँचा विशिष्ट तरिकाले बिग्रिन्छ। संवर्धित कोशिकाहरूमा त्यही विशिष्ट क्षति कम गर्ने यौगिकले उक्त उत्परिवर्तन नभएका मानिसहरूको बुढ्यौलीबारे खासै केही बताउँदैन। कोशिकाको यो स्वरूप केन्द्रक र माइटोकन्ड्रियाबीचको पारस्परिक सञ्चार बुझ्ने झ्याल हो, दीर्घायुको नतिजा होइन।

त्यसैले उचित सारांश सर्तसहितको हुन्छ। प्रोजेरिया फाइब्रोब्लास्टमा प्रोजेरिनले PGC-1alpha दबाउँछ र माइटोकन्ड्रियालाई टुक्रिएको, सुस्त, अक्सिडेन्ट धेरै भएको र ऊर्जा कम भएको अवस्थामा छोड्छ। कम सान्द्रताको मेथिलिन ब्लूले सबै कोशिकाहरूमा माइटोकन्ड्रियासम्बन्धी मापनहरू पुनर्स्थापित गर्‍यो। साथै, रोगग्रस्त कोशिकाहरूमा यसले प्रोजेरिनलाई केन्द्रकको झिल्लीबाट छुटायो, जससँगै केन्द्रकको आकार, हेटेरोक्रोमाटिन र जीन अभिव्यक्तिमा आंशिक सुधार आयो। यही दोहोरो क्रियाका कारण यस अध्ययनबारे जान्नु उपयोगी हुन्छ। यसले मेथिलिन ब्लूलाई प्रोजेरिया वा बुढ्यौलीको उपचार बनाउँदैन।