மெத்திலீன் புளூவும் புரோஜீரியாவும்: செல் முதுமை மாதிரியிலிருந்து கிடைத்த படிப்பினைகள்

ஒரு மரபணுவில் ஒரே ஓர் எழுத்தில் ஏற்படும் மாற்றம், குழந்தைகளை அச்சமூட்டும் வேகத்தில் முதுமையடையச் செய்கிறது. முடி உதிர்தல், மூட்டு விறைப்பு, தமனிகள் குறுகுதல், பதின்பருவ வயதுகளிலேயே முடியும் ஆயுட்காலம் ஆகியவை அதன் விளைவுகள். அந்த நோய் ஹட்சின்சன்-கில்ஃபோர்ட் புரோஜீரியா நோய்க்குறி. பல ஆண்டுகளாக, அதன் ஆராய்ச்சி செல் கருவை மையமாகக் கொண்டிருந்தது; அங்குதான் மாற்றமடைந்த புரதம் பாதிப்பை ஏற்படுத்துகிறது. மேரிலாந்து பல்கலைக்கழகத்தின் 2016 ஆய்வு வேறொரு கேள்வியை எழுப்பியது: இந்த செல்களில் மைட்டோகாண்ட்ரியாக்கள் எப்படி இருக்கின்றன? அதன் பதில் செல்லின் இரண்டு பகுதிகளை இணைத்தது; ஒரு நூற்றாண்டுப் பழமையான நீலச் சாயம் இரண்டிலும் தாக்கத்தை ஏற்படுத்தியது.

இது Xiong மற்றும் அவரது சக ஆய்வாளர்களின் ஆய்வு; 2016 இல் Aging Cell இதழில் வெளியிடப்பட்டது. ஆய்வு முழுவதும் ஆய்வகத்தில் வளர்க்கப்பட்ட செல்களை மட்டுமே பயன்படுத்தியது. கீழே உள்ள அனைத்தையும் புரிந்துகொள்ள இந்த உண்மையே அடிப்படை. கண்டுபிடிப்புகள் உண்மையானவை, குறிப்பானவை. எந்தவொரு சிகிச்சையிலிருந்தும் அவை எவ்வளவு தொலைவில் உள்ளன என்பதும் அதே அளவு தெளிவானது.

மாதிரி: ஒரு மரபணு மாற்றம், ஒரு ஒட்டிக்கொள்ளும் புரதம்

LMNA மரபணுவின் 1824 என்ற இடத்தில் C என்பதற்குப் பதிலாக T வருவதிலிருந்து புரோஜீரியா தொடங்குகிறது. இந்த மாற்றம் ஓர் அமினோ அமிலத்தை மாற்றுவதில்லை. மறைந்திருக்கும் ஒரு ஸ்ப்ளைசிங் தளத்தைச் செயல்படுத்துகிறது; இதனால் லாமின் A புரதத்திலிருந்து 50 அமினோ அமிலங்கள் நீக்கப்படுகின்றன. புரோஜெரின் எனப்படும் இந்தக் குறுகிய புரதம், வழக்கமாக செல் அதன் ஃபார்னிசில் நங்கூரத்தை அகற்ற உதவும் வெட்டுப்படும் தளத்தை இழக்கிறது. எனவே, புரோஜெரின் நிரந்தரமாக ஃபார்னிசில் இணைக்கப்பட்ட நிலையில் செல் கருவின் உள் சவ்வில் ஒட்டிக்கொண்டிருக்கிறது. இயல்பான லாமின் A அங்கு மாறிமாறி இணைந்தும் விலகியும் செயல்படும்.

செல் கருவில் ஏற்படும் விளைவுகள் நன்கு ஆவணப்படுத்தப்பட்டுள்ளன; நுண்ணோக்கியிலும் அவற்றைக் காணலாம். மென்மையான நீள்வட்ட வடிவத்தைத் தக்கவைத்துக்கொள்வதற்குப் பதிலாக, செல் கருக்களில் புடைப்புகளும் சுருக்கங்களும் தோன்றுகின்றன. வழக்கமாக செல் கருவின் விளிம்பில் அடர்த்தியாக அமைந்திருக்கும், செயலற்ற DNA பகுதியான ஹெட்டெரோகுரோமாட்டின் மெலிகிறது. ஆயிரக்கணக்கான மரபணுக்களின் வெளிப்பாடு மாறுகிறது. செல் கருவின் லாமினாவைச் சுவர் அலங்காரத் தாளுக்குப் பின்னால் இருக்கும் ஆதரவுச் சட்டகமாக நினைத்துக்கொள்ளுங்கள்: சட்டகத்தின் ஒரு பகுதி தவறான இடத்தில் பற்றவைக்கப்பட்டால், சுவர் புடைக்கிறது; அறை முழுவதும் தாளின் வடிவமைப்பு சிதைகிறது.

இந்த ஆய்வு, புரோஜீரியா நோயாளிகளிடமிருந்து பெறப்பட்ட தோல் ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்களையும், அதே எண்ணிக்கையிலான வளர்ப்புச் சுற்றுகளைக் கடந்த கட்டுப்பாட்டு செல்களையும் பயன்படுத்தியது. கூடுதலாக, இயல்பான ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்கள் நேரடியாகப் புரோஜெரினை உற்பத்தி செய்யும்படி மாற்றியமைக்கப்பட்ட இரண்டாவது செல் வரிசையும் பயன்படுத்தப்பட்டது. மாற்றியமைக்கப்பட்ட செல்களிலும் அதே குறைபாடுகள் உருவாயின. இதனால், நோயாளிகளின் முந்தைய வரலாறோ ஆய்வக வளர்ப்பில் செலவிட்ட காலமோ அல்ல, புரோஜெரின்தான் காரணம் என்பது உறுதியானது. புரோஜெரினின் அளவுக்கேற்ப பாதிப்பின் தீவிரமும் இருந்தது: அதிக புரோஜெரினை வெளிப்படுத்திய செல் வரிசையில் அனைத்துக் குறைபாடுகளும் அதிகமாக இருந்தன.

மைட்டோகாண்ட்ரியாக்கள் எப்படி இருந்தன

ஆரோக்கியமான ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்களில், மைட்டோகாண்ட்ரியாக்கள் செல் கருவைச் சுற்றிக் கிளைகளுடன் கூடிய வலையமைப்பாக உள்ளன. அவற்றின் நீண்ட குழாய் வடிவங்கள் செல் எலும்புக்கூட்டின் தடங்களில் நகர்கின்றன. புரோஜீரியா செல் வரிசைகளில் அந்த வலையமைப்பு மறைந்திருந்தது. மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களில் அதிகமானவை துண்டுகளாகியிருந்தன; பல வீங்கியிருந்தன. கடுமையாகச் சேதமடைந்த செல் நுண்ணுறுப்புகளின் எண்ணிக்கை ஏறத்தாழ இரு மடங்கு அதிகரித்திருந்ததை எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி காட்டியது. கால இடைவெளிப் படப்பதிவில், கட்டுப்பாட்டு செல்களுடன் ஒப்பிடும்போது அவை குறைந்த வேகத்தில், குறுகிய தூரங்களுக்கே நகர்ந்தன.

வடிவத்தில் ஏற்பட்ட மாற்றத்துடன் செயல்பாடும் மாறியது. மைட்டோகாண்ட்ரிய சூப்பராக்சைடும் முழுச் செல்லின் ஆக்சிடன்ட் அளவுகளும் அதிகரித்தன. அதிகமான செல்களில் சவ்வு மின்னழுத்தம் சீர்குலைந்திருந்தது. ATP உற்பத்தி குறைந்தது. இவற்றைத் தனித்தனியாகப் பார்த்தால் ஆச்சரியமில்லை; சேதமடைந்த மைட்டோகாண்ட்ரியாக்கள் வினைபுரியும் ஆக்சிஜன் மூலக்கூறுகளைக் கசியவிட்டு, குறைவான ஆற்றலை உற்பத்தி செய்கின்றன. புதிதாக இருந்தது, முன்வைக்கப்பட்ட காரணம். NRF1, TFAM மற்றும் இணைவு, பிளவு கட்டுப்பாட்டுப் புரதங்களான MFN1, MFN2, OPA1, FIS1, DRP1 போன்ற கீழ்நிலை காரணிகள் வழியாக மைட்டோகாண்ட்ரிய உருவாக்கத்தை இயக்கும் படியெடுத்தல் துணைச் செயல்படுத்தியான PGC-1alpha, புரோஜீரியா செல்களில் mRNA நிலையில் சுமார் எட்டு மடங்கு குறைந்திருந்தது. அதற்கேற்பப் புரத அளவும் குறைந்திருந்தது. மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களை உருவாக்கி பராமரிப்பதற்கான முதன்மைக் கட்டுப்பாட்டை புரோஜெரின் ஒடுக்குவதாகத் தோன்றியது. செல் கருவின் லாமினா சேதத்திற்கும் ஆற்றல் வளர்சிதை மாற்றத்திற்கும் இடையிலான இந்தத் தொடர்பு, மைட்டோகாண்ட்ரிய ஆற்றல் உற்பத்தி பற்றிய விரிவான விளக்கத்தின் ஒரு பகுதியாகும். இதே சமநிலையின் ஆக்சிடன்ட் சார்ந்த அம்சம், ஆக்சிடேட்டிவ் அழுத்தம் மற்றும் ROS கட்டுப்பாடு பற்றிய விளக்கத்தில் இடம்பெறுகிறது.

மெத்திலீன் புளூ எதை மாற்றியது

ஆய்வாளர்கள், குறைந்த செறிவான 100 நானோமோலார் மெத்திலீன் புளூவை செல்களுக்குப் பல வாரங்கள் தொடர்ந்து வழங்கினர். செல் வளர்ப்பைப் பொறுத்தவரை, இது நீண்ட, மிதமான வெளிப்பாடு; குறுகிய நேர மருந்து வெளிப்பாடு அல்ல. மெத்திலீன் புளூ ஆக்சிஜனேற்றப்பட்ட மற்றும் ஒடுக்கப்பட்ட வடிவங்களுக்கு இடையே சுழன்று, மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களுக்குள் எலக்ட்ரான்களை எடுத்துச் செல்லக்கூடியது. அதனால்தான், ஓர் ஆக்சிடன்டை நடுநிலையாக்கும்போது செலவாகிவிடும் சாதாரண ஆன்டிஆக்சிடன்ட் என்பதற்குப் பதிலாக, மைட்டோகாண்ட்ரியாவை இலக்காகக் கொண்ட ஆக்சிஜனேற்ற–ஒடுக்கச் சேர்மம் என்று அது விவரிக்கப்படுகிறது.

இயல்பான செல்களிலும் புரோஜீரியா செல்களிலும் மைட்டோகாண்ட்ரியாக்கள் மாற்றத்தைக் காட்டின. ATP அதிகரித்தது, ஆக்சிடன்ட் அளவுகள் குறைந்தன, கடுமையான குறைபாடுகளுடன் இருந்த மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களின் விகிதம் குறைந்தது. PGC-1alpha வெளிப்பாடும், அதன் சில கீழ்நிலை இலக்குகளும் ஓரளவு மீண்டன. இதுவரையிலான விளைவுகள், புரோஜீரியாவுக்கு மட்டும் உரியவை அல்ல; மைட்டோகாண்ட்ரியச் செயல்பாட்டுக்கான பொதுவான ஆதரவு விளைவுகள்.

செல் கருவில் கிடைத்த முடிவுகள்தான் ஆச்சரியமானவை; அவை நோயால் பாதிக்கப்பட்ட செல்களுக்கு மட்டுமே உரியவையாக இருந்தன. வடிவத்தை அளவுசார் முறையில் பகுப்பாய்வு செய்தபோது, செல் கருவின் புடைப்புகள் குறைந்திருந்தன. லாமின் A மற்றும் C ஆகியவற்றின் மொத்த அளவுகள் அதிகரித்தன. குறிப்பாக, புரோஜெரின் இடமாறிப் பரவியிருந்தது: சிகிச்சை அளிக்கப்படாத புரோஜீரியா செல்களில், புரோஜெரினில் சுமார் 30 சதவீதம் மட்டுமே கரையக்கூடிய நியூக்ளியோபிளாசப் பகுதியில் இருந்தது; மீதமுள்ளவை சவ்வில் நங்கூரமிட்டிருந்தன. சிகிச்சைக்குப் பிறகு, கரையக்கூடிய பகுதியின் பங்கு ஏறத்தாழ 65 சதவீதமாக உயர்ந்தது; இது இயல்பான லாமினின் நடத்தைக்கு நெருக்கமானது. சவ்விலிருந்து விடுபட்ட புரோஜெரின், அருகிலுள்ள புரதங்களைத் தன்னுடன் இழுப்பது குறைகிறது. லாமின் A மற்றும் C ஆகியவற்றின் கரையக்கூடிய பகுதிகளும் மீண்டன.

இந்த விடுவிப்பைத் தொடர்ந்து, செல் கருவின் இரண்டு தோற்றப் பண்புகள் மேம்பட்டன. எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி மூலமும், ஹெட்டெரோகுரோமாட்டின் புரதமான HP1-alpha-வுக்கான நிறமேற்றல் மூலமும் பரிசோதிக்கப்பட்ட, செல் கருவைச் சுற்றியுள்ள ஹெட்டெரோகுரோமாட்டின் வெளிப்படையாக மீட்டெடுக்கப்பட்டிருந்தது. மேலும், படியெடுக்கப்பட்ட RNA தொகுப்பு மீண்டும் இயல்பை நோக்கி நகர்வதை RNA வரிசையாக்கம் காட்டியது: சிகிச்சை அளிக்கப்படாத புரோஜீரியா செல்கள், கட்டுப்பாட்டு செல்களிலிருந்து 3,200-க்கும் மேற்பட்ட மரபணுக்களில் வேறுபட்டிருந்தன; சிகிச்சை அளிக்கப்பட்ட புரோஜீரியா செல்களில் இந்த வேறுபாடு சுமார் 1,670 மரபணுக்களில் இருந்தது. இயல்பான செல்களில் அதே சிகிச்சை சில டஜன் மரபணுக்களை மட்டுமே மாற்றியது. இதனால், செல் கருவில் ஏற்பட்ட விளைவு பொதுவான படியெடுத்தல் மாற்றமாக அல்லாமல், புரோஜெரினுடன் தொடர்புடையதாக இருக்கலாம். செல்களையும் விலங்குகளையும் பயன்படுத்தும் ஆய்வுகள், அவற்றின் தலைப்புகள் உணர்த்துவதைவிடக் குறுகிய கேள்விகளுக்கே பதிலளிக்கின்றன என்ற கொள்கை, மெத்திலீன் புளூ ஆராய்ச்சியை எப்படிப் படிப்பது என்பதில் விளக்கப்பட்டுள்ளது.

இது ஏன் ஒரு சிகிச்சை அல்ல

இந்த ஆய்வு அதற்குரிய இடமான ஆய்வகத்திற்குள்ளேயே இருப்பதை நான்கு வரம்புகள் உறுதிசெய்கின்றன.

முதலாவதாக, அனைத்தும் ஆய்வக வளர்ப்புப் பாத்திரங்களில் நடந்தன. வளர்ப்பில் உள்ள ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்களுக்கு இரத்த விநியோகம், நோயெதிர்ப்புச் சூழல், திசுக் கட்டமைப்பு ஆகியவை இல்லை. ஒரு சேர்மம் அதன் இலக்கைச் சென்றடையுமா என்பதைத் தீர்மானிக்கும் முழு உடலின் மருந்தியல் செயல்முறைகளும் இல்லை. இந்த ஆய்வில் எந்த விலங்குக்கும் மருந்து அளிக்கப்படவில்லை; எந்த நோயாளிக்கும் சிகிச்சை அளிக்கப்படவில்லை.

இரண்டாவதாக, புரோஜீரியா ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்கள் ஒரு செல் வகையின் மாதிரி மட்டுமே. இந்த நோய் முக்கியமாகத் தமனிகள், எலும்பு, கொழுப்பு ஆகியவற்றின் பாதிப்புகள் வழியாக மரணத்தை ஏற்படுத்துகிறது. ஆனால் ஆய்வு ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்களையும் ஒரு மென்தசைச் செல் தயாரிப்பையும் மட்டுமே பரிசோதித்தது. பிற திசுக்கள் வேறுவிதமாக நடந்துகொள்ளலாம்.

மூன்றாவதாக, செல் கருவின் மீட்சி, வளர்ப்பு ஊடகத்தில் பல வாரங்கள் தொடர்ச்சியாக நானோமோலார் செறிவுக்கு உட்படுத்தப்பட்டதால் ஏற்பட்டது. ஆய்வகப் பாத்திரச் செறிவுகள் மருந்தளவுகள் அல்ல. ஊடகத்தில் உள்ள 100 நானோமோலாரை மனிதர்களுக்கான மருந்தளிப்பு முறையாக மாற்றுவதற்கான தகவல் எதுவும் இந்த ஆய்வில் இல்லை. மருத்துவத்தின் பிற பயன்பாடுகளில் மெத்திலீன் புளூவுக்கு அதன் சொந்த மருந்தளவு–விளைவு தொடர்பும் பாதுகாப்புப் பண்புகளும் உள்ளன. இந்த ஆய்வு வீட்டிலேயே பயன்படுத்துவதற்கான எந்த அடிப்படையையும் வழங்கவில்லை. பொதுவான பாதுகாப்புச் சூழலை மெத்திலீன் புளூவின் பாதுகாப்பும் பக்கவிளைவுகளும் என்பதில் பார்க்கலாம்.

நான்காவதாக, புரோஜீரியா இயல்பான முதுமை அல்ல. இது ஓர் அரிய, ஒற்றை மரபணு மாற்றத்தால் ஏற்படும் நோய்; இதில் செல் கருவின் ஆதரவுச் சட்டகம் ஒரு குறிப்பிட்ட விதத்தில் பாதிக்கப்படுகிறது. ஆய்வகத்தில் வளர்க்கப்பட்ட செல்களில் அந்தக் குறிப்பிட்ட பாதிப்பைக் குறைக்கும் ஒரு சேர்மம், அந்த மரபணு மாற்றம் இல்லாத மனிதர்களின் முதுமை குறித்து அதிகம் சொல்வதில்லை. இந்தச் செல் தோற்றப் பண்பு, செல் கருவுக்கும் மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களுக்கும் இடையிலான பரஸ்பரத் தொடர்பைப் புரிந்துகொள்ள உதவும் ஒரு சாளரம்; ஆயுட்கால நீட்டிப்பு குறித்த முடிவு அல்ல.

எனவே, நியாயமான சுருக்கம் நிபந்தனைக்குட்பட்டதே. புரோஜீரியா ஃபைப்ரோபிளாஸ்ட்களில், புரோஜெரின் PGC-1alpha-வை ஒடுக்கி, மைட்டோகாண்ட்ரியாக்களைத் துண்டுகளாகவும், மந்தமாகவும், அதிக ஆக்சிடன்ட்களுடனும், குறைவான ஆற்றலுடனும் இருக்கச் செய்கிறது. குறைந்த செறிவிலான மெத்திலீன் புளூ அனைத்து செல்களிலும் மைட்டோகாண்ட்ரிய அளவீடுகளை மீட்டெடுத்தது. கூடுதலாக, நோயால் பாதிக்கப்பட்ட செல்களில் செல் கருச் சவ்விலிருந்து புரோஜெரினை விடுவித்தது; இதனுடன் செல் கருவின் வடிவம், ஹெட்டெரோகுரோமாட்டின், மரபணு வெளிப்பாடு ஆகியவை ஓரளவு மீண்டன. இந்த இரட்டைச் செயல்பாடு, ஆய்வைப் பற்றி அறிந்துகொள்வதைப் பயனுள்ளதாக்குகிறது. ஆனால் அது மெத்திலீன் புளூவைப் புரோஜீரியாவுக்கோ முதுமைக்கோ ஒரு சிகிச்சையாக மாற்றுவதில்லை.