Bluja e metilenit dhe progeria: mësime nga një model qelizor i plakjes

Një ndryshim i një shkronje të vetme në një gjen i bën fëmijët të plaken me shpejtësi të frikshme. Rënie flokësh, nyje të ngurtësuara, arterie të ngushtuara dhe jetëgjatësi e pritshme që arrin vetëm në vitet e adoleshencës. Kjo sëmundje është sindroma e progerias Hutchinson-Gilford dhe, për vite me radhë, kërkimet mbi të u përqendruan te bërthama, ku proteina mutante shkakton dëmtimet e saj. Një studim i vitit 2016 nga Universiteti i Maryland shtroi një pyetje tjetër: si duken mitokondritë në këto qeliza? Përgjigjja lidhi dy ndarje të qelizës dhe një ngjyrues blu njëqindvjeçar ndikoi te të dyja.

Studimi është ai i Xiong dhe kolegëve, i botuar në Aging Cell në vitin 2016. Ai u krye tërësisht me qeliza të kultivuara. Ky fakt përcakton kuadrin e gjithçkaje më poshtë. Gjetjet janë të mirëfillta dhe specifike. Po aq i qartë është edhe hendeku mes tyre dhe çdo trajtimi.

Modeli: një mutacion, një proteinë që mbetet e ngjitur

Progeria fillon me një zëvendësim të C me T në pozicionin 1824 të gjenit LMNA. Ndryshimi nuk ndryshon një aminoacid. Ai aktivizon një vend të fshehur të bashkimit të ARN-së, çka heq 50 aminoacide nga proteina lamina A. Produkti i shkurtuar, i quajtur progerinë, humbet vendin e prerjes që normalisht do t'i lejonte qelizës të hiqte ankorën e tij farnesile. Kështu, progerina mbetet përgjithmonë e farnesiluar dhe e ngjitur në membranën e brendshme bërthamore, ku lamina A normale do të lidhej dhe shkëputej në mënyrë ciklike.

Pasojat në bërthamë janë të dokumentuara mirë dhe të dukshme nën mikroskop. Bërthamat formojnë fryrje dhe rrudha, në vend që të ruajnë një formë ovale të lëmuar. Heterokromatina, ADN-ja joaktive e paketuar dendur që normalisht shtrihet përgjatë skajit bërthamor, rrallohet. Mijëra gjene ndryshojnë shprehjen e tyre. Mendoni për laminën bërthamore si një strukturë mbështetëse pas letrës së murit: kur një pjesë e strukturës saldohet në pozicionin e gabuar, muri fryhet dhe modeli i letrës shtrembërohet në të gjithë dhomën.

Studimi përdori fibroblaste të lëkurës nga pacientë me progeria, krahas qelizave të kontrollit me të njëjtin numër pasazhesh në kulturë, si dhe një linjë të dytë të modifikuar në mënyrë që fibroblastet normale të prodhonin drejtpërdrejt progerinë. Qelizat e modifikuara zhvilluan të njëjtat defekte, çka ia atribuon shkakun progerinës dhe jo historisë së pacientëve apo kohës së kaluar në kulturë. Ashpërsia ndiqte dozën: linja që shprehte më shumë progerinë shfaqte defekte më të rënda në të gjithë treguesit.

Si dukeshin mitokondritë

Mitokondritë e fibroblasteve të shëndetshme formojnë një rrjet të degëzuar përreth bërthamës, me tuba të gjatë që lëvizin përgjatë shtigjeve të citoskeletit. Në linjat e progerias, ky rrjet ishte zhdukur. Një pjesë më e madhe e mitokondrive ishin të fragmentuara, shumë ishin të fryra dhe mikroskopia elektronike tregoi një rritje afërsisht dyfish të organeleve të dëmtuara rëndë. Imazheria me intervale kohore tregoi se ato përshkonin distanca më të shkurtra dhe lëviznin më ngadalë sesa në qelizat e kontrollit.

Funksioni pasqyronte formën. Nivelet e superoksidit mitokondrial dhe të oksidantëve në të gjithë qelizën u rritën. Më shumë qeliza shfaqën çrregullim të potencialit të membranës. Prodhimi i ATP-së ra. Asnjë nga këto, e marrë veçmas, nuk është befasuese, pasi mitokondritë e dëmtuara çlirojnë specie reaktive të oksigjenit dhe prodhojnë më pak energji. E reja ishte shkaku i propozuar. PGC-1alpha, koaktivizuesi transkriptues që nxit biogjenezën mitokondriale përmes faktorëve në vijim, si NRF1, TFAM dhe rregullatorët e bashkimit dhe ndarjes MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 dhe DRP1, ishte ulur rreth tetëfish në nivelin e mRNA-së në qelizat e progerias, me një humbje përkatëse të proteinës. Progerina dukej se po frenonte çelësin kryesor për prodhimin dhe mirëmbajtjen e mitokondrive. Kjo lidhje mes dëmtimit të laminës bërthamore dhe metabolizmit energjetik është pjesë e shpjegimit më të gjerë të prodhimit mitokondrial të energjisë, ndërsa ana oksidante e të njëjtit ekuilibër trajtohet te stresi oksidativ dhe kontrolli i ROS.

Çfarë ndryshoi bluja e metilenit

Studiuesit i trajtuan qelizat me blu metileni në një përqendrim të ulët prej 100 nanomolar, vazhdimisht për javë të tëra. Në kushtet e kulturës qelizore, ky është një ekspozim i gjatë dhe i butë, jo një impuls i shkurtër medikamentoz. Bluja e metilenit kalon në mënyrë ciklike mes formave të oksiduara dhe të reduktuara dhe mund të transportojë elektrone brenda mitokondrive. Prandaj përshkruhet si një përbërje redoks që vepron te mitokondritë, jo si një antioksidant i zakonshëm që konsumohet kur neutralizon një oksidant.

Mitokondritë reaguan si në qelizat normale, ashtu edhe në ato të progerias. ATP-ja u rrit, nivelet e oksidantëve ranë dhe pjesa e mitokondrive me defekte të rënda u zvogëlua. Shprehja e PGC-1alpha u rikuperua pjesërisht, së bashku me disa nga objektivat e tij në vijim. Deri këtu, ky është një efekt i përgjithshëm mbështetës për mitokondritë, jo specifik për progerian.

Rezultatet bërthamore ishin befasia dhe ato ishin specifike për qelizat e prekura nga sëmundja. Analiza sasiore e formës tregoi se fryrjet bërthamore u pakësuan. Sasitë totale të laminave A dhe C u rritën. Më e spikatura ishte rishpërndarja e progerinës: në qelizat e patrajtuara të progerias, vetëm rreth 30 për qind e progerinës ndodhej në fraksionin e tretshëm nukleoplazmatik, ndërsa pjesa tjetër ishte e ankoruar në membranë. Pas trajtimit, pjesa e tretshme u rrit në rreth 65 për qind, duke iu afruar sjelljes normale të laminave. E çliruar nga membrana, progerina tërheq më pak nga proteinat fqinje me vete dhe fraksionet e tretshme të laminave A dhe C u rikuperuan gjithashtu.

Si pasojë e këtij çlirimi, dy fenotipe bërthamore u përmirësuan. Heterokromatina përreth bërthamës, e ekzaminuar me mikroskopi elektronike dhe me ngjyrosje për proteinën e heterokromatinës HP1-alpha, u rikthye në mënyrë të dukshme. Sekuencimi i ARN-së tregoi gjithashtu se transkriptoma po afrohej sërish me gjendjen normale: qelizat e patrajtuara të progerias ndryshonin nga qelizat e kontrollit në mbi 3,200 gjene, ndërsa qelizat e trajtuara të progerias ndryshonin në rreth 1,670. Në qelizat normale, i njëjti trajtim ndryshoi vetëm disa dhjetëra gjene, çka mbështet idenë se efekti bërthamor lidhet me progerinën dhe nuk është thjesht një ndryshim i përgjithshëm transkriptues. Parimi që modelet qelizore dhe shtazore u përgjigjen pyetjeve më të kufizuara sesa sugjerojnë titujt e tyre shpjegohet te si të lexoni kërkimet mbi blunë e metilenit.

Pse kjo nuk është një trajtim

Katër kufizime e mbajnë këtë studim aty ku i takon: brenda laboratorit.

Së pari, gjithçka ndodhi në enë laboratorike. Fibroblasteve në kulturë u mungojnë furnizimi me gjak, konteksti imunitar, arkitektura indore dhe farmakologjia e të gjithë organizmit, që përcakton nëse një përbërje arrin fare te një objektiv. Në këtë punim nuk iu administrua ndonjë dozë asnjë kafshe dhe nuk u trajtua asnjë pacient.

Së dyti, fibroblastet e progerias janë një model i një lloji të vetëm qelizor. Sëmundja shkakton vdekje kryesisht përmes dëmtimit të arterieve, kockave dhe indit dhjamor, ndërsa studimi shqyrtoi vetëm fibroblastet dhe një preparat të muskulaturës së lëmuar. Indet e tjera mund të sillen ndryshe.

Së treti, përmirësimi bërthamor erdhi pas javësh ekspozimi të vazhdueshëm në përqendrime nanomolare në mjedisin e kulturës. Përqendrimet në enë laboratorike nuk janë doza dhe asgjë në punim nuk e shndërron përqendrimin prej 100 nanomolar në mjedisin e kulturës në një regjim për njerëzit. Bluja e metilenit ka marrëdhënien e vet dozë-përgjigje dhe profilin e vet të sigurisë në përdorime të tjera mjekësore, dhe ky studim nuk ofron asnjë bazë për përdorim në shtëpi. Konteksti i përgjithshëm i sigurisë trajtohet te siguria dhe efektet anësore të blusë së metilenit.

Së katërti, progeria nuk është plakje normale. Është një sëmundje e rrallë e shkaktuar nga një mutacion i vetëm, në të cilën struktura mbështetëse bërthamore dëmtohet në një mënyrë të veçantë. Një përbërje që zbut atë dëmtim specifik në qelizat e kultivuara tregon pak për plakjen te njerëzit pa këtë mutacion. Fenotipi qelizor është një dritare drejt ndërveprimit bërthamor-mitokondrial, jo një rezultat mbi jetëgjatësinë.

Prandaj, një përmbledhje e drejtë duhet të mbetet e kushtëzuar. Në fibroblastet e progerias, progerina frenon PGC-1alpha dhe i lë mitokondritë të fragmentuara, të ngadalta, me nivele të larta oksidantësh dhe me pak energji. Bluja e metilenit në përqendrim të ulët riktheu treguesit mitokondrialë në të gjitha qelizat dhe, përveç kësaj, çliroi progerinën nga membrana bërthamore në qelizat e prekura nga sëmundja, me rikuperim të pjesshëm të formës bërthamore, heterokromatinës dhe shprehjes së gjeneve. Ky veprim i dyfishtë e bën studimin të vlefshëm për t'u njohur. Nuk e bën blunë e metilenit një terapi për progerian apo për plakjen.