Métilén biru jeung progeria: palajaran tina modél sepuhna sél

Parobahan hiji hurup dina hiji gén ngajadikeun barudak sepuh dina laju anu matak pikasieuneun. Buuk rontok, sendi kaku, artéri ngasempitan, jeung harepan hirup ngan nepi ka umur rumaja. Panyakit éta nyaéta sindrom progeria Hutchinson-Gilford, sarta mangtaun-taun panalungtikanana museur kana inti sél, tempat protéin mutan ngabalukarkeun karuksakan. Hiji ulikan taun 2016 ti University of Maryland ngajukeun patalékan anu béda: kumaha kaayaan mitokondria dina sél-sél ieu? Jawabanana ngahubungkeun dua kompartemén sél, sarta hiji zat warna biru anu geus aya salila saabad mangaruhan duanana.

Ulikan ieu dilakukeun ku Xiong jeung batur-baturna, diterbitkeun dina Aging Cell taun 2016. Sakabéh panalungtikanana maké sél anu dikultur. Kanyataan éta jadi dadasar pikeun sakabéh pedaran di handap. Papanggihanana nyata jeung spésifik. Jarakna tina pangobatan naon waé ogé sarua écésna.

Modélna: hiji mutasi, hiji protéin anu nempel

Progeria dimimitian ku substitusi C jadi T dina posisi 1824 gén LMNA. Parobahan ieu henteu ngarobah asam amino. Éta ngaktipkeun situs splicing anu disumputkeun, anu miceun 50 asam amino tina protéin lamin A. Produk anu leuwih pondok, disebut progerin, kaleungitan situs pamotongan anu biasana ngamungkinkeun sél miceun jangkar farnesilna. Ku kituna, progerin tetep difarnésilasi sacara permanén sarta nempel kana mémbran jero inti sél, sedengkeun lamin A normal bakal silih ganti nempel jeung leupas.

Balukarna dina inti sél geus kacatet kalayan hadé sarta katempo dina mikroskop. Inti sél ngawangun tonjolan jeung keriput, lain ngajaga wangun oval anu mulus. Hétérokromatin, nyaéta DNA anu dipadetkeun pageuh jeung henteu aktip anu biasana ngalapis sisi inti sél, jadi ipis. Rébuan gén robah éksprésina. Bayangkeun lamina inti minangka rangka tukangeun kertas témbok: lamun hiji bagian rangka dilas dina posisi anu salah, témbokna nonjol sarta pola kertasna jadi menyimpang di sakuliah rohangan.

Ulikan ieu maké fibroblas kulit ti pasien progeria babarengan jeung sél kontrol anu jumlah pasase kulturna disaruakeun, ditambah hiji galur sél kadua anu dirékayasa sangkan fibroblas normal ngahasilkeun progerin sacara langsung. Sél anu dirékayasa ngalaman cacad anu sarua, anu mastikeun yén panyababna nyaéta progerin, lain riwayat pasien atawa lilana sél dikultur. Parna cacad nuturkeun jumlah progerin: galur anu ngaéksprésikeun leuwih loba progerin némbongkeun cacad anu leuwih parna dina sakabéh aspék.

Kumaha kaayaan mitokondria

Mitokondria dina fibroblas séhat ngabentuk jaringan bercabang di sabudeureun inti sél, mangrupa tubulus panjang anu ngalir sapanjang jalur sitoskeleton. Dina galur progeria, jaringan éta leungit. Proporsi mitokondria anu peupeus jadi fragmén leuwih gedé, loba anu ngabareuhan, sarta mikroskopi éléktron némbongkeun kanaékan kira-kira dua kali lipet dina organél anu ruksak parna. Pencitraan selang waktu némbongkeun yén mitokondria éta ngaléngkah dina jarak anu leuwih pondok jeung laju anu leuwih laun tibatan kontrol.

Fungsina nuturkeun wangunna. Kadar superoksida mitokondria jeung oksidan dina sakabéh sél naék. Leuwih loba sél némbongkeun gangguan poténsial mémbran. Produksi ATP turun. Mun ditingali hiji-hiji, ieu kabéh henteu matak héran, sabab mitokondria anu ruksak ngabocorkeun spésiés oksigén réaktif sarta ngahasilkeun énergi anu leuwih saeutik. Anu anyar nyaéta panyabab anu diajukeun. PGC-1alpha, koaktivator transkripsi anu ngagerakkeun biogénésis mitokondria ngaliwatan faktor hilir saperti NRF1, TFAM, sarta pangatur fusi jeung fisi MFN1, MFN2, OPA1, FIS1, jeung DRP1, diteken kira-kira dalapan kali lipet dina tingkat mRNA dina sél progeria, dibarengan ku panurunan protéin anu saluyu. Progerin katémbong neken saklar utama pikeun ngahasilkeun jeung ngajaga mitokondria. Hubungan antara karuksakan lamina inti jeung métabolisme énergi éta mangrupa bagian tina pedaran anu leuwih lega ngeunaan produksi énergi mitokondria, sarta sisi oksidan tina kasaimbangan anu sarua dipedar dina stres oksidatif jeung pangendalian ROS.

Naon anu dirobah ku métilén biru

Para panalungtik méré perlakuan ka sél ku métilén biru 100 nanomolar, hiji konséntrasi anu handap, sacara terus-terusan salila sababaraha minggu. Dina kontéks kultur sél, ieu téh paparan anu lila jeung hampang, lain paparan ubar sakeudeung. Métilén biru silih ganti antara wangun teroksidasi jeung teréduksi sarta bisa mawa éléktron di jero mitokondria. Ku sabab éta, métilén biru disebut sanyawa rédoks anu nyasar mitokondria, lain antioksidan biasa anu béak nalika nétralisasi hiji oksidan.

Mitokondria ngaréspon dina sél normal boh dina sél progeria. ATP naék, kadar oksidan turun, sarta proporsi mitokondria anu cacad parna ngurangan. Éksprési PGC-1alpha pulih sabagian, kitu deui sababaraha targét hilirna. Nepi ka dieu, ieu mangrupa pangaruh pangrojong mitokondria sacara umum, henteu husus pikeun progeria.

Hasil dina inti sél matak héran, sarta husus kapanggih dina sél anu gering. Tonjolan inti sél ngurangan dumasar kana analisis wangun sacara kuantitatif. Jumlah total lamin A jeung C naék. Anu paling nyolok, sebaran progerin robah: dina sél progeria anu henteu dibéré perlakuan, ngan kira-kira 30 persén progerin aya dina fraksi nukléoplasma anu larut, sedengkeun sésana nanceb dina mémbran. Sanggeus perlakuan, bagian anu larut naék jadi kira-kira 65 persén, ngadeukeutan paripolah lamin normal. Sanggeus leupas tina mémbran, progerin leuwih saeutik nyéréd komponén di sabudeureunana, sarta fraksi larut lamin A jeung C ogé pulih.

Salaku balukar tina éta leupasna, dua fénotipe inti sél ningkat kaayaanana. Hétérokromatin di sabudeureun inti, anu dipariksa ku mikroskopi éléktron jeung ku pewarnaan pikeun protéin hétérokromatin HP1-alpha, katempo pulih. Sarta pangurutan RNA némbongkeun transkriptom anu balik ngadeukeutan kaayaan normal: sél progeria anu henteu dibéré perlakuan béda ti kontrol dina leuwih ti 3,200 gén, sedengkeun sél progeria anu dibéré perlakuan béda dina kira-kira 1,670 gén. Dina sél normal, perlakuan anu sarua ngan ngarobah sababaraha puluh gén. Ieu ngarojong pamadegan yén pangaruh dina inti sél patali jeung progerin, lain mangrupa guncangan transkripsi sacara umum. Prinsip yén préparasi sél jeung sato ngajawab patalékan anu leuwih heureut tibatan anu disiratkeun ku judul wartana dipedar dina cara maca panalungtikan métilén biru.

Naha ieu lain pangobatan

Opat wates ngajaga ulikan ieu tetep dina tempatna: di jero laboratorium.

Kahiji, sakabéhna lumangsung dina wadah kultur. Fibroblas dina kultur henteu miboga suplai getih, kontéks imun, arsitéktur jaringan, jeung farmakologi sakujur awak anu nangtukeun naha hiji sanyawa bisa nepi ka targétna. Dina ieu makalah, henteu aya sato anu dibéré dosis sarta henteu aya pasien anu diubaran.

Kadua, fibroblas progeria mangrupa modél pikeun hiji jinis sél. Panyakit ieu utamana ngabalukarkeun maot ngaliwatan gangguan artéri, tulang, jeung lemak, sarta ulikan ieu ngan mariksa fibroblas ditambah hiji préparasi otot polos. Jaringan séjén bisa miboga paripolah anu béda.

Katilu, pamulihan inti sél asalna tina paparan nanomolar anu terus-terusan salila sababaraha minggu dina médium kultur. Konséntrasi dina wadah kultur lain dosis, sarta henteu aya dina makalah ieu anu ngarobah 100 nanomolar dina médium jadi réjimén pikeun manusa. Métilén biru miboga hubungan dosis-réspon jeung profil kaamanan sorangan dina widang médis séjén, sarta ulikan ieu henteu méré dadasar pikeun pamakéan di imah. Kontéks kaamanan umum dipedar dina kaamanan jeung éfék samping métilén biru.

Kaopat, progeria lain prosés sepuh anu normal. Éta mangrupa panyakit langka alatan hiji mutasi, anu ngaruksak rangka inti sél ku cara anu husus. Hiji sanyawa anu ngurangan karuksakan husus éta dina sél anu dikultur henteu loba ngajelaskeun ngeunaan prosés sepuh dina jalma anu henteu miboga mutasi éta. Fénotipe sél ieu mangrupa jandéla pikeun ningali interaksi inti sél jeung mitokondria, lain hasil ngeunaan panjang umur.

Ku kituna, kasimpulan anu adil kudu dibéré wates kaayaanana. Dina fibroblas progeria, progerin neken PGC-1alpha sarta ngajadikeun mitokondria peupeus jadi fragmén, lamban, luhur kadar oksidanna, jeung kakurangan énergi. Métilén biru dina konséntrasi handap mulangkeun ukuran fungsi mitokondria dina sakabéh sél sarta ogé ngaleupaskeun progerin tina mémbran inti dina sél anu gering, dibarengan ku pamulihan sabagian dina wangun inti sél, hétérokromatin, jeung éksprési gén. Pangaruh ganda éta ngajadikeun ulikan ieu pantes dipikanyaho. Éta henteu ngajadikeun métilén biru minangka terapi pikeun progeria atawa pikeun prosés sepuh.