Bluu ya methilini na progeria: mafunzo kutoka kwa mfano wa kuzeeka kwa seli

Mabadiliko ya herufi moja katika jeni moja huwafanya watoto wazeeke kwa kasi ya kutisha. Nywele kupotea, viungo kukakamaa, mishipa ya ateri kuwa myembamba, na matarajio ya kuishi hadi umri wa miaka ya ujana. Ugonjwa huo ni sindromu ya progeria ya Hutchinson-Gilford, na kwa miaka mingi utafiti wake ulilenga kiini cha seli, ambako protini iliyobadilika husababisha uharibifu. Utafiti wa 2016 kutoka Chuo Kikuu cha Maryland uliuliza swali tofauti: mitokondria inaonekanaje katika seli hizi? Jibu liliunganisha sehemu mbili za seli, na rangi ya bluu iliyojulikana kwa karne moja iliathiri zote mbili.

Utafiti huo ni wa Xiong na wenzake, uliochapishwa katika Aging Cell mwaka 2016. Ulifanywa kikamilifu kwa kutumia seli zilizokuzwa maabarani. Ukweli huo ndio msingi wa kila kitu kinachofuata hapa. Matokeo ni halisi na mahususi. Pengo kati yake na matibabu yoyote pia lina mipaka iliyo wazi.

Mfano: badiliko moja la kijeni, protini moja inayonata

Progeria huanza kwa C kubadilishwa kuwa T katika nafasi ya 1824 ya jeni la LMNA. Badiliko hilo halibadilishi asidi amino. Huamilisha eneo lililofichika la kuunganisha vipande vya RNA, jambo linaloondoa asidi amino 50 kutoka katika protini ya lamin A. Bidhaa hiyo iliyofupishwa, inayoitwa progerin, hupoteza eneo la kukatwa ambalo kwa kawaida lingeruhusu seli kuondoa nanga yake ya farnesyl. Hivyo progerin hubaki ikiwa imeunganishwa na farnesyl daima na kunata kwenye utando wa ndani wa kiini, mahali ambapo lamin A ya kawaida ingeungana na kujitenga kwa mizunguko.

Athari katika kiini zimeandikwa vizuri na zinaonekana kwa darubini. Viini hutokeza uvimbe na mikunjo badala ya kudumisha umbo laini la mviringo mrefu. Heterokromatini, DNA iliyofungamana kwa msongamano na isiyo na shughuli ambayo kwa kawaida hutanda kwenye ukingo wa kiini, hupungua. Maelfu ya jeni hubadilisha kiwango cha uonyeshaji wake. Fikiria lamina ya kiini kama kiunzi nyuma ya karatasi ya ukutani: kipande kimoja cha kiunzi kinapochomelewa mahali pasipofaa, ukuta hutuna na mpangilio wa karatasi hupotoshwa katika chumba kizima.

Utafiti ulitumia fibroblasti za ngozi kutoka kwa wagonjwa wa progeria pamoja na seli za udhibiti zilizokuwa zimepitia idadi sawa ya uhamishaji katika ukuzaji, na pia kundi la pili la seli zilizobuniwa ili fibroblasti za kawaida zizalishe progerin moja kwa moja. Seli zilizobuniwa zilipata kasoro zilezile, jambo linaloonyesha kuwa chanzo ni progerin badala ya historia ya wagonjwa au muda waliokaa katika mazingira ya ukuzaji. Ukali wa kasoro ulifuata kiasi cha progerin: kundi lililoonyesha progerin nyingi zaidi lilikuwa na kasoro mbaya zaidi katika vipimo vyote.

Mitokondria ilivyokuwa

Mitokondria katika fibroblasti zenye afya huunda mtandao wenye matawi kuzunguka kiini, ukiwa na mirija mirefu inayosafiri kwenye njia za kiunzi cha seli. Katika makundi ya seli za progeria, mtandao huo ulikuwa umetoweka. Sehemu kubwa zaidi ya mitokondria ilikuwa imegawanyika vipandevipande, mingi ilikuwa imevimba, na darubini ya elektroni ilionyesha ongezeko la karibu mara mbili la organeli zilizoharibika sana. Picha zilizochukuliwa kwa vipindi zilionyesha kuwa zilisogea umbali mfupi zaidi na kwa kasi ndogo zaidi kuliko zile za seli za udhibiti.

Utendaji ulifuata umbo. Viwango vya superoksidi ya mitokondria na vioksidishaji katika seli nzima viliongezeka. Seli nyingi zaidi zilionyesha kuvurugika kwa tofauti ya potenshali ya umeme kwenye utando. Uzalishaji wa ATP ulipungua. Hakuna kati ya haya linaloshangaza likitazamwa peke yake, kwa kuwa mitokondria iliyoharibika huvuja aina tendaji za oksijeni na huzalisha nishati kidogo. Jambo jipya lilikuwa chanzo kilichopendekezwa. PGC-1alpha, kiamilishaji-shirikishi cha unukuzi kinachochochea uundaji wa mitokondria kupitia vipengele vinavyofanya kazi chini yake kama NRF1, TFAM, na vidhibiti vya muungano na mgawanyiko MFN1, MFN2, OPA1, FIS1, na DRP1, ilipungua takribani mara nane katika kiwango cha mRNA kwenye seli za progeria, pamoja na upungufu unaolingana wa protini. Progerin ilionekana kukandamiza swichi kuu ya kutengeneza na kudumisha mitokondria. Uhusiano huo kati ya uharibifu wa lamina ya kiini na umetaboli wa nishati ni sehemu ya maelezo mapana ya uzalishaji wa nishati katika mitokondria, na upande wa vioksidishaji wa uwiano huo unajadiliwa katika msongo wa kioksidishaji na udhibiti wa ROS.

Bluu ya methilini ilibadilisha nini

Watafiti waliweka seli kwenye bluu ya methilini yenye mkusanyiko mdogo wa nanomola 100, mfululizo kwa wiki kadhaa. Katika muktadha wa ukuzaji wa seli, huu ni mfiduo wa muda mrefu wenye kiwango kidogo, si mfiduo mfupi wa dawa. Bluu ya methilini hubadilishana kati ya hali iliyooksidishwa na iliyoredukishwa na inaweza kubeba elektroni ndani ya mitokondria. Ndiyo sababu inaelezwa kama kiwanja cha redoksi kinacholenga mitokondria badala ya kioksidishaji-kinzani cha kawaida kinachotumika na kuisha kinaponeutralisha kioksidishaji kimoja.

Mitokondria iliitikia katika seli za kawaida na za progeria. ATP iliongezeka, viwango vya vioksidishaji vilipungua, na sehemu ya mitokondria yenye kasoro kali ikapungua. Uonyeshaji wa PGC-1alpha ulirejea kwa kiasi, pamoja na baadhi ya malengo yanayodhibitiwa nayo. Kufikia hapa, hii ni athari ya jumla ya kusaidia mitokondria, si athari mahususi kwa progeria.

Matokeo ya kiini ndiyo yaliyoshangaza, na yalikuwa mahususi kwa seli zenye ugonjwa. Kutokeza kwa uvimbe kwenye kiini kulipungua kulingana na uchanganuzi wa kiasi wa umbo. Jumla ya lamin A na C iliongezeka. Jambo lililojitokeza zaidi ni kwamba progerin ilibadilisha usambazaji wake: katika seli za progeria ambazo hazikuwekwa kwenye bluu ya methilini, ni karibu asilimia 30 tu ya progerin iliyokuwa katika sehemu inayoyeyuka ya nukleoplasma, huku iliyobaki ikiwa imejikita kwenye utando. Baada ya mfiduo huo, sehemu inayoyeyuka iliongezeka hadi takribani asilimia 65, karibu na tabia ya kawaida ya lamin. Ikiwa imeachiliwa kutoka kwenye utando, progerin huburuta protini jirani chache zaidi, na sehemu zinazoyeyuka za lamin A na C pia zilirejea.

Kutokana na kuachiliwa huko, sifa mbili za kiini zilizopimwa ziliboreka. Heterokromatini inayozunguka kiini, iliyochunguzwa kwa darubini ya elektroni na kwa kuweka rangi inayotambua protini ya heterokromatini HP1-alpha, ilirejeshwa kwa namna iliyoonekana wazi. Na usomaji wa mfuatano wa RNA ulionyesha mkusanyiko wa nakala za RNA ukirudi kuelekea hali ya kawaida: seli za progeria ambazo hazikuwekwa kwenye bluu ya methilini zilitofautiana na seli za udhibiti katika zaidi ya jeni 3,200, ilhali seli za progeria zilizowekwa kwenye kiwanja hicho zilitofautiana katika takribani jeni 1,670. Katika seli za kawaida, mfiduo huohuo ulibadilisha jeni makumi machache tu, jambo linaloashiria kuwa athari kwenye kiini inahusiana na progerin badala ya kuwa mabadiliko ya jumla ya ghafla katika unukuzi. Kanuni kwamba mifano ya seli na wanyama hujibu maswali yenye mipaka finyu zaidi kuliko vichwa vya habari vinavyohusu utafiti huo vinavyodokeza imeelezwa katika jinsi ya kusoma utafiti wa bluu ya methilini.

Kwa nini haya si matibabu

Mipaka minne huuweka utafiti huu mahali pake panapostahili: ndani ya maabara.

Kwanza, kila kitu kilifanyika katika vyombo vya maabara. Fibroblasti zilizokuzwa hazina usambazaji wa damu, mazingira ya mfumo wa kinga, muundo wa tishu, wala michakato ya kifamasia ya mwili mzima inayoamua kama kiwanja kinafika kwenye lengo hata kidogo. Hakuna mnyama aliyepewa dozi na hakuna mgonjwa aliyetibiwa katika utafiti huu.

Pili, fibroblasti za progeria ni mfano wa aina moja ya seli. Ugonjwa huu husababisha vifo hasa kupitia athari zake kwenye ateri, mifupa, na mafuta, na utafiti ulichunguza fibroblasti tu pamoja na sampuli moja ya misuli laini iliyoandaliwa kwa uchunguzi. Tishu nyingine zinaweza kuonyesha tabia tofauti.

Tatu, kurejea kwa hali ya kiini kulitokana na mfiduo endelevu wa wiki kadhaa wa mkusanyiko wa kiwango cha nanomola katika kimiminika cha ukuzaji. Mikusanyiko katika vyombo vya maabara si dozi, na hakuna chochote katika makala hiyo kinachobadilisha nanomola 100 katika kimiminika kuwa mpangilio wa matumizi kwa binadamu. Bluu ya methilini ina uhusiano wake wenyewe kati ya dozi na mwitikio, pamoja na wasifu wa usalama katika matumizi mengine ya kitabibu, na utafiti huu hautoi msingi wa matumizi ya nyumbani. Muktadha wa jumla wa usalama unapatikana katika usalama na madhara ya bluu ya methilini.

Nne, progeria si kuzeeka kwa kawaida. Ni ugonjwa adimu unaotokana na badiliko moja la kijeni, ambapo kiunzi cha kiini huharibika kwa namna mahususi. Kiwanja kinachopunguza uharibifu huo mahususi katika seli zilizokuzwa maabarani hakielezi mengi kuhusu kuzeeka kwa watu wasio na badiliko hilo. Sifa hizo za seli ni dirisha la kuelewa mawasiliano kati ya kiini na mitokondria, si matokeo yanayoonyesha kurefusha maisha.

Kwa hiyo, muhtasari unaozingatia ushahidi una masharti. Katika fibroblasti za progeria, progerin hukandamiza PGC-1alpha na kuacha mitokondria ikiwa imegawanyika vipandevipande, ikisogea polepole, ikiwa na vioksidishaji vingi, na ikiwa na nishati kidogo. Bluu ya methilini yenye mkusanyiko mdogo ilirejesha vipimo vya utendaji wa mitokondria katika seli zote na, zaidi ya hayo, ikaachilia progerin kutoka kwenye utando wa kiini katika seli zenye ugonjwa, huku umbo la kiini, heterokromatini, na uonyeshaji wa jeni vikirejea kwa kiasi. Athari hizo mbili zinaufanya utafiti huu ustahili kufahamika. Hazifanyi bluu ya methilini kuwa tiba ya progeria au ya kuzeeka.