மெத்திலீன் ப்ளூவும் ஃபெரோப்டோசிஸும்: இரும்பு, லிப்பிட் பெராக்சிடேற்றம், மற்றும் செல் இறப்பு

ஃபெரோப்டோசிஸ் என்பது சவ்வு சேதத்தால் ஏற்படும் செல் இறப்பு. சவ்வுகளில் உள்ள பல்நிறைவுறாக் கொழுப்புகள் ஒரு தொடர் வினையில் ஆக்சிஜனேற்றம் அடைகின்றன; சவ்வு செயலிழக்கிறது; செல் இறக்கிறது. இந்த வேதிவினைக்கு இரும்பு தேவை. இதுவே இந்தக் கருத்தின் முழுச் சாரம்; இந்தக் கட்டுரையில் உள்ள அனைத்தும் அதன் ஒரு பகுதியைச் சோதிப்பவையே.

இங்கு கேள்வி இன்னும் குறிப்பானது: செல் பரிசோதனைகளில் மெத்திலீன் ப்ளூ அந்தத் தொடரில் என்ன செய்கிறது, அந்த முடிவு உண்மையில் எதைக் காட்டுகிறது? சுருக்கமான பதில் இதுதான்: இரண்டு ஆய்வக ஆய்வுகளில், nanomolar அளவிலான மெத்திலீன் ப்ளூ மைட்டோகாண்ட்ரிய லிப்பிட் பெராக்சிடேற்றத்தைக் குறைத்து, மற்றபடி ஃபெரோப்டோசிஸை ஏற்படுத்தும் தூண்டுதல்களுக்குப் பின்னரும் செல்களை உயிருடன் வைத்திருந்தது. விரிவான பதில்தான் இன்னும் முக்கியமானது. ஏனெனில், அந்தத் தொடரின் ஒவ்வொரு இணைப்பும் வெவ்வேறு தலையீட்டால் சோதிக்கப்பட்டது; ஒவ்வொரு தலையீட்டுக்கும் வரம்புகள் உள்ளன.

ஒரு பத்தியில் ஃபெரோப்டோசிஸ்

பல்நிறைவுறாக் கொழுப்பு அமில வாலைக் கொண்ட சவ்வுப் பாஸ்போலிப்பிட்டில் ஒரு பலவீனமான இடம் உள்ளது: எளிதில் பறிக்கக்கூடிய ஹைட்ரஜன் அணுக்கள். ஒரு தனி உறுப்பு அவற்றில் ஒன்றைப் பறித்தவுடன், லிப்பிட்டுடன் ஆக்சிஜன் இணைகிறது; லிப்பிட் பெராக்சில் தனி உறுப்பு உருவாகிறது; அது அடுத்த லிப்பிட்டிலிருந்து ஹைட்ரஜனைப் பறிக்கிறது. ஏதாவது ஒன்று அதைத் தடுக்காதவரை, இந்த வினை சவ்வு நெடுகிலும் பரவுகிறது.

இதைத் தடுக்கும் முக்கிய அமைப்பு GPX4 எனப்படும் நொதி. இது குளூட்டத்தியோனைப் பயன்படுத்தி லிப்பிட் பெராக்சைடுகளைத் தீங்கற்ற லிப்பிட் ஆல்கஹால்களாக ஒடுக்குகிறது. ஆய்வகத் தூண்டுதல்கள் இந்தப் பாதுகாப்பைத் தெளிவாக வரையறுக்கப்பட்ட இடங்களில் தாக்குகின்றன. எராஸ்டின், system xc-minus வழியாகச் சிஸ்டின் உள்ளே வருவதைத் தடுத்து, குளூட்டத்தியோன் தொகுப்புக்குத் தேவையான சிஸ்டீன் செலுக்குக் கிடைக்காமல் செய்கிறது. பியூத்தியோனைன் சல்ஃபாக்சிமைன் குளூட்டத்தியோன் தொகுப்பை நேரடியாகத் தடுக்கிறது. RSL3, GPX4-ஐயே தடுக்கிறது. இம்மூன்றும் பெராக்சைடுகளை அகற்றப்படாமல் விட்டுவிடுகின்றன. ஆனால் அவை வெவ்வேறு படிநிலைகளில் செயல்படுவதால், ஒரு தூண்டுதலில் கிடைக்கும் முடிவை மற்றவற்றுக்கும் தானாகப் பொதுமைப்படுத்த முடியாது.

ஃபெரோப்டோசிஸை வரையறுக்கும் பண்புகள், அதை அப்போப்டோசிஸிலிருந்து வேறுபடுத்துகின்றன. இதில் காஸ்பேஸ் வினைத்தொடரும் அப்போப்டோசிஸ் உடல்களும் இல்லை. டெஃபெராக்சமைன் போன்ற இரும்பைப் பிணைக்கும் கீலேட்டர்களும், ஃபெரோஸ்டாட்டின்-1 போன்ற தனி உறுப்புகளைப் பிடிக்கும் பொருட்களும் இதைத் தடுக்கின்றன. ஒரு இறப்பை வெறும் நெக்ரோசிஸ் என்று அல்லாமல் ஃபெரோப்டோசிஸ் என்று வகைப்படுத்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் பயன்படுத்தும் செயல்முறைச் சோதனை இதுதான். ஒழுங்குபடுத்தப்பட்ட செல் இறப்புப் பாதைகளின் விரிவான பின்னணி இந்த வேறுபாட்டைப் புரிந்துகொள்ள உதவுகிறது. எளிதில் வினையில் ஈடுபடும் இரும்பைச் செல்கள் எவ்வாறு கையாளுகின்றன என்பது, கீலேஷன் ஏன் இவ்வளவு தீர்மானமான கட்டுப்பாட்டுச் சோதனையாக இருக்கிறது என்பதை விளக்குகிறது.

மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களின் பங்கு என்ன, அது ஏன் விவாதிக்கப்பட்டது

மைட்டோகாண்ட்ரிய DNA இல்லாத செல்களிலும் ஃபெரோப்டோசிஸ் நிகழ்வதாக ஆரம்பகால ஆய்வுகள் தெரிவித்தன. இது மைட்டோகாண்ட்ரியாக்கள் அவசியமில்லை என்பதைக் குறிப்பிட்டது. பின்னர் வந்த ஆய்வுகள், மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களின் எண்ணிக்கையைக் குறைப்பதோ அல்லது செல்லுலார் சுவாசத்தைத் தடுப்பதோ, சிஸ்டீன் பற்றாக்குறையால் ஏற்படும் ஃபெரோப்டோசிஸைத் தடுக்கக்கூடும் என்றும், ஆனால் GPX4-ஐ நேரடியாகத் தடுப்பதால் ஏற்படும் ஃபெரோப்டோசிஸைத் தடுக்காது என்றும் கண்டறிந்தன. மைட்டோகாண்ட்ரியப் பங்களிப்பு தூண்டுதல், செல் வகை, மற்றும் தீர்மானமான பெராக்சிடேற்றம் நிகழும் இடம் ஆகியவற்றைப் பொறுத்திருந்தால், இந்த இரண்டு முடிவுகளும் உண்மையாக இருக்கலாம்.

இந்தக் கட்டுரைக்கு அடிப்படையான ஆய்வு, குறிப்பிட்ட செல் உட்பகுதிக்குரிய உணரியைக் கொண்டு இந்த விவாதத்தை அணுகியது. MitoCLox என்பது மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களை இலக்காகக் கொண்ட லிப்பிட் பெராக்சிடேற்றக் குறிகாட்டியின் ஒரு வடிவம்: மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களுக்குள் லிப்பிட் பெராக்சில் தனி உறுப்புகளைச் சந்திக்கும்போது அதன் ஒளிர்வு மாறுகிறது. எராஸ்டின் பயன்படுத்தப்பட்ட ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்களில், செல் இறப்பதற்கு முன்பே, இன்னும் உயிருடன் இருந்த செல்களில் மைட்டோகாண்ட்ரிய உணரியின் ஆக்சிஜனேற்றம் தோன்றியது. செல் தொகுதி முழுவதும் அது ஒரே மாதிரியாக இருக்கவில்லை. இந்த நேரவரிசை முக்கியமானது. இறப்புக்கு முன்பு நிகழும் பெராக்சிடேற்றம் அதன் காரணமாக இருக்கக்கூடும். இறந்த செல்களில் மட்டுமே அளவிடப்படும் பெராக்சிடேற்றம், சேதத்தின் எச்சமே. லிப்பிட் பெராக்சிடேற்றச் சோதனைகள் மற்றும் ஒவ்வொரு உணரியும் தெரிவிப்பவை பற்றிய துணை வழிகாட்டி, உணரியின் இருப்பிடம் ஏன் ஒரு சமிக்ஞையின் பொருளைத் தீர்மானிக்கிறது என்பதை விளக்குகிறது.

இதே நிகழ்வுமுறை இரண்டாவது மாதிரியிலும் காணப்பட்டது. லீபர் மரபுவழிப் பார்வை நரம்பு பாதிப்பு உள்ள ஒரு நோயாளியிடமிருந்து பெறப்பட்ட ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்கள், காம்ப்ளெக்ஸ் I மரபணு மாற்றத்தையும் அதிகமான அடிப்படை ஆக்சிஜனேற்ற அழுத்தத்தையும் கொண்டிருந்தன. குளூட்டத்தியோன் குறைக்கப்பட்டபோது அவை ஃபெரோப்டோசிஸால் இறந்தன; கட்டுப்பாட்டு ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்கள் அதைத் தாங்கின. இங்கும் மைட்டோகாண்ட்ரிய உணரியின் ஆக்சிஜனேற்றம் முதலில் நிகழ்ந்தது. விவரங்கள் ஃபெரோப்டோசிஸில் மைட்டோகாண்ட்ரிய லிப்பிட் பெராக்சிடேற்றம் குறித்த ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட் ஆய்வில் உள்ளன.

இந்தப் பரிசோதனைகளில் மெத்திலீன் ப்ளூ மாற்றியது என்ன

மெத்திலீன் ப்ளூ ஒரு ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்கக் கடத்தி. அதன் ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட வடிவம், காம்ப்ளெக்ஸ் I-இல் NADH-உடன் தொடர்புடைய வேதிவினைகளிலிருந்து எலக்ட்ரான்களை ஏற்கிறது. அதன் ஒடுக்கப்பட்ட வடிவம் அவற்றைச் சைட்டோக்ரோம் c-க்கு வழங்குகிறது; அது காம்ப்ளெக்ஸ் IV-க்கு எலக்ட்ரான்களை வழங்குகிறது. இதனால், எலக்ட்ரான்கள் வழக்கமாக ஆக்சிஜனுக்குக் கசிந்து சூப்பராக்சைடை உருவாக்கும் தொடரின் பகுதியைச் சுற்றி ஒரு பகுதி மாற்றுப் பாதை உருவாகிறது. இந்த எலக்ட்ரான் பரிமாற்றத்தின் முழுப் படத்தை அறிய விரும்பும் வாசகர்கள், மைட்டோகாண்ட்ரியாக்கள் வழியாக மெத்திலீன் ப்ளூ எலக்ட்ரான்களை எவ்வாறு நகர்த்துகிறது என்பதிலிருந்து தொடங்கலாம்.

எராஸ்டின் பயன்படுத்தப்பட்ட நுரையீரல் ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்களில், 250 nanomolar அளவிலான மெத்திலீன் ப்ளூ செல் உயிர்வாழ்வு அளவீட்டில் உயிர்த்தன்மையைப் பாதுகாத்தது. மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களை இலக்காகக் கொண்ட ஆக்சிஜனேற்றத் தடுப்பான்களான SkQ1 மற்றும் MitoTEMPO-வும் இதேபோல் செயல்பட்டன. கட்டுப்பாட்டுச் சோதனைகளே இந்தக் கூற்றின் எல்லையை வரையறுக்கின்றன. ஃபெரோஸ்டாட்டின்-1, ஆல்ஃபா-டோகோஃபெரால், மற்றும் டெஃபெராக்சமைனும் பாதுகாப்பளித்தன; இது அந்த இறப்பு ஃபெரோப்டோசிஸ் சார்ந்தது என்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது. ஆக்சிஜனேற்றத் தடுப்புக் குழு இல்லாத SkQ1 ஒத்த சேர்மம் பாதுகாப்பளிக்கவில்லை. இது குறிப்பற்ற திரட்சியை விட ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்க வேதியியலே காரணம் என்பதைக் காட்டுகிறது. SkQ1 சுமார் 200 nanomolar-ஐத் தாண்டியபோது பாதுகாப்பு குறைந்தது; அதிகச் செறிவுகளில் குயினோன் ஆக்சிஜனேற்றத் தடுப்பான்கள் ஆக்சிஜனேற்றத்தை ஊக்குவிக்கும் என்ற அறியப்பட்ட நடத்தையுடன் இது ஒத்துப்போகிறது. மெத்திலீன் ப்ளூவுக்கும் செறிவைப் பொறுத்த இந்த இருமுக நடத்தை உள்ளது: இந்த வளர்ப்புப் பாத்திரங்களில் குறைந்த nanomolar அளவுகளில் அது பாதுகாப்பளிக்கிறது; அளவு அதிகரிக்கப்படும்போதோ வலுவான ஒளி படும்போதோ ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்கச் சுழற்சியால் ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடை உருவாக்கக்கூடும். இத்தகைய அளவுச் சூழல் மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களில் வினைத்திறன் மிக்க ஆக்சிஜன் இனங்கள் பற்றிய கட்டுரையில் விளக்கப்பட்டுள்ளது.

அடுத்து, தனிமைப்படுத்தப்பட்ட மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களில் செய்யப்பட்ட பரிசோதனைகள் ROS மூலங்களைப் பிரித்தறிந்தன. ஃபெரஸ் இரும்பு இருக்கும்போது, காம்ப்ளெக்ஸ் I-க்கு வழங்கப்படும் வினைப்பொருட்களுடன் ரோட்டினோன் சேர்க்கப்பட்டது உணரியின் ஆக்சிஜனேற்றத்தைத் தூண்டியது. ரோட்டினோன், ஃபிளேவின் தளத்திற்கு அடுத்த பகுதியில் எலக்ட்ரான் ஓட்டத்தைத் தடுக்கிறது. இதனால் அதற்கு முந்தைய கடத்திகள் ஒடுக்கப்பட்ட நிலையிலேயே இருந்து, மேட்ரிக்ஸை நோக்கிய ஃபிளேவினிலிருந்து ஆக்சிஜனுக்கு எலக்ட்ரான்களைக் கசியவிடுகின்றன. காம்ப்ளெக்ஸ் III-க்கு வழங்கப்படும் வினைப்பொருட்களுடன் ஆன்டிமைசின் A சேர்க்கப்பட்டது அதிகமான ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடை உருவாக்கியது; ஆனால் லிப்பிட் பெராக்சிடேற்றத்தைத் தூண்டவில்லை. மொத்த ROS சமிக்ஞை ஒரே மாதிரியாக இருந்தாலும், இடம் வேறுபட்டது; விளைவும் வேறுபட்டது. SkQ1 மற்றும் மெத்திலீன் ப்ளூ ஆகிய இரண்டும், ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடு உற்பத்தியையே தடுக்காமல், காம்ப்ளெக்ஸ் I தூண்டிய பெராக்சிடேற்றத்தைத் தடுத்தன. எனவே, அவற்றின் செயல் ROS உருவான பிறகு, லிப்பிட் பெராக்சிடேற்றப் படிநிலையில் நிகழ்வதாகிறது.

இரும்பு மிகைச் சுமை ஆய்வுப் பகுதியும் லிப்போஃபஸ்சின் தடயமும்

இரண்டாவது ஆய்வு, இரும்பின் பக்கத்திலிருந்து இந்தக் கேள்வியை அணுகியது. submillimolar அளவிலான ஃபெரிக் அம்மோனியம் சிட்ரேட்டுக்கு உட்படுத்தப்பட்ட H9c2 இதயத் தசைச் செல்களில் முதலில் மைட்டோகாண்ட்ரிய ROS, பின்னர் மைட்டோகாண்ட்ரிய லிப்பிட் பெராக்சிடேற்றம், அதன் பின் ஃபெரோப்டோசிஸ் ஏற்பட்டன. அதைத் தொடர்ந்து 24 hours காலத்திற்குள் லிப்போஃபஸ்சின் போன்ற நிறமி திரண்டது. லிப்போஃபஸ்சின் என்பது, வயதாகும்போது திரளும் ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட லிப்பிட்கள் மற்றும் புரதங்களின், தன்னொளிர்வு கொண்ட இரும்பு அடங்கிய எச்சம். இங்கு அது விரைவாகத் தோன்றியது, இரும்பால் தூண்டப்படும் திடீர் பெராக்சிடேற்றத்தை வழக்கமான ஒரு முதுமைக் குறிகாட்டியுடன் இணைக்கிறது. nanomolar அளவிலான மெத்திலீன் ப்ளூவும் SkQ1-வும் தனித்தனியாகப் பெராக்சிடேற்றம், செல் இறப்பு, மற்றும் நிறமித் திரட்சியைத் தடுத்தன. தனிமைப்படுத்தப்பட்ட இதய மைட்டோகாண்ட்ரியாக்கள் இந்த நிகழ்வுமுறையை உறுதிப்படுத்தின: ரோட்டினோனுடன் ஃபெரஸ் இரும்பு சேர்க்கப்பட்டது பெராக்சிடேற்றத்தையும் நிறமி போன்ற சமிக்ஞையையும் தூண்டியது; இரண்டு பொருட்களும் அதைத் தடுத்தன. முழு நிகழ்வுத்தொடரும் H9c2 இதயத் தசைச் செல்களில் இரும்பு மிகைச் சுமை குறித்த ஆய்வில் தெரிவிக்கப்பட்டுள்ளது. இந்தக் கதையின் நிறமி சார்ந்த பகுதி, லிப்போஃபஸ்சின் மற்றும் செல்லுலார் முதுமைக் குறிகாட்டிகள் பற்றிய விவாதத்துடன் தொடர்புடையது.

செல் உயிர்வாழ்வுச் சோதனைகள் காட்டாதவை

CellTiterBlue போன்ற உயிர்த்தன்மை அளவீடு, ஒரு தூண்டுதலும் பாதுகாப்பளிக்கக்கூடிய ஒரு பொருளும் பயன்படுத்தப்பட்ட பிறகு, வளர்ப்புப் பாத்திரத்தில் எத்தனை செல்கள் வளர்சிதை மாற்றச் செயல்பாட்டுடன் உள்ளன என்பதைத் தெரிவிக்கிறது. இது வரையறுக்கப்பட்ட ஓர் அமைப்பில் ஒரு செயல்முறையைச் சோதிப்பதாகும். இது சிகிச்சை முடிவு அல்ல. இந்தப் பரிசோதனைகள் எதுவும் ஒரு நோயாளிக்கு மருந்தளிக்கவில்லை; நோய் சார்ந்த இறுதி விளைவை அளவிடவில்லை; உடலில் சிகிச்சைக்கான பாதுகாப்பான அளவு வரம்பை நிறுவவில்லை.

நான்கு வரம்புகளை வெளிப்படையாகக் குறிப்பிட வேண்டும். முதலாவது, செல் வகைகள் குறுகிய வரம்பிற்குள் உள்ளன: உருமாற்றமடைந்த நுரையீரல் ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்கள், ஒரு மைட்டோகாண்ட்ரிய நோய் சார்ந்த செல் வரிசை உட்பட முதன்மைத் தோல் ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்கள், ஓர் எலி இதயத் தசைச் செல் வரிசை, மற்றும் தனிமைப்படுத்தப்பட்ட எலி இதய மைட்டோகாண்ட்ரியாக்கள். பாதிப்புக்கு உள்ளாகும் தன்மை செல் வரிசையைப் பொறுத்து மாறியது; LHON வரிசை ஆய்வுத் தேர்வின்படியே வழக்கத்திற்கு மாறாக அதிகப் பாதிப்புக்கு உள்ளாகக்கூடியதாக இருந்தது. இரண்டாவது, தூண்டுதல்கள் ஆய்வகத்தின் தீவிர நிலைகள்: பொருள் கடத்தலை முழுமையாகத் தடுப்பது அல்லது தொகுப்பைத் தடுப்பது, மேலும் எந்தத் திசுவும் திடீரென எதிர்கொள்ளாத இரும்புச் சுமைகள். மூன்றாவது, செறிவை ஒரு எண்ணால் பெருக்குவதன் மூலம் மனிதருக்கான அளவாக மாற்ற முடியாது. வளர்ப்பு ஊடகத்தில் nanomolar அளவு என்பது மனிதருக்கான மருந்தளவு அல்ல. மெத்திலீன் ப்ளூவின் பரவல், இரத்தத்திலும் திசுவிலும் அதன் நிறமற்ற வடிவமாக ஒடுக்கப்படுதல், ஒளிப்படுதல், மற்றும் சவ்வு மின்னழுத்தம் ஆகிய அனைத்தும் வளர்ப்புப் பாத்திரத்திற்கும் மனிதருக்கும் இடையில் உள்ள காரணிகளாகும். நான்காவது, உணரிகள் தாங்கள் இருக்கும் செல் உட்பகுதியைப் பற்றியே தெரிவிக்கின்றன. MitoCLox ஆக்சிஜனேற்றம், மைட்டோகாண்ட்ரிய லிப்பிட் தனி உறுப்புகள் உருவானதைக் காட்டுகிறது. இறுதியில் நிகழக்கூடிய பிளாஸ்மா சவ்வு உடைவு, முந்தைய படிநிலையில் தவிர்க்கப்பட்டதா அல்லது நேரடியாகத் தடுக்கப்பட்டதா என்பதை அது காட்டுவதில்லை.

எனவே, நேர்மையான கூற்று இதுதான்: இந்த மாதிரிகளில், காம்ப்ளெக்ஸ் I-இலிருந்து உருவாகும் ROS மற்றும் இரும்பு இணைந்து, ஃபெரோப்டோசிஸுக்கு முன்பு நிகழும் மைட்டோகாண்ட்ரிய லிப்பிட் பெராக்சிடேற்றத்தைத் தூண்டுகின்றன; குறைந்த செறிவுகளில் மெத்திலீன் ப்ளூ அந்தப் பகுதியைத் தடுக்கிறது. அந்தப் பகுதியைத் தாண்டிய எதையும் நிறுவ, முதலில் விலங்குகளிலும் பின்னர் மனிதர்களிலும் வேறு பரிசோதனைகள் தேவை.