మెథిలీన్ బ్లూ మరియు ప్రొజీరియా: కణ వృద్ధాప్య నమూనా నుంచి పాఠాలు

ఒక జన్యువులో ఒకే అక్షరం మారడం వల్ల పిల్లల్లో భయంకరమైన వేగంతో వృద్ధాప్యం వస్తుంది. జుట్టు రాలడం, కీళ్ల బిగుసుకుపోవడం, ధమనులు సన్నబడటం, యుక్తవయస్సు వరకే ఉండే ఆయుర్దాయం దీని లక్షణాలు. ఈ వ్యాధే హచిన్సన్-గిల్‌ఫోర్డ్ ప్రొజీరియా సిండ్రోమ్. ఉత్పరివర్తనానికి గురైన ప్రోటీన్ కేంద్రకంలో నష్టం కలిగిస్తుంది కాబట్టి, ఎన్నో సంవత్సరాలుగా దీనిపై పరిశోధన కేంద్రకం చుట్టూనే సాగింది. 2016లో మేరీల్యాండ్ విశ్వవిద్యాలయం చేసిన ఒక అధ్యయనం భిన్నమైన ప్రశ్నను అడిగింది: ఈ కణాల్లో మైటోకాండ్రియా ఎలా ఉన్నాయి? ఆ సమాధానం కణంలోని రెండు విభాగాలను అనుసంధానించింది. ఒక శతాబ్దం నాటి నీలి రంగు పదార్థం ఈ రెండింటిపైనా ప్రభావం చూపింది.

ఈ అధ్యయనాన్ని షియాంగ్ మరియు సహచరులు నిర్వహించి, 2016లో Aging Cellలో ప్రచురించారు. ఇది పూర్తిగా కల్చర్‌లో పెంచిన కణాలతోనే జరిగింది. దిగువన ఉన్న విషయాలన్నింటినీ ఆ వాస్తవం ఆధారంగానే అర్థం చేసుకోవాలి. ఫలితాలు వాస్తవమైనవి, నిర్దిష్టమైనవి. వాటికి ఏ చికిత్సతోనైనా ఉన్న అంతరం కూడా అంతే స్పష్టమైనది.

నమూనా: ఒక ఉత్పరివర్తనం, అతుక్కుపోయే ఒక ప్రోటీన్

ప్రొజీరియా LMNA జన్యువులోని 1824వ స్థానంలో C స్థానాన్ని T భర్తీ చేయడంతో మొదలవుతుంది. ఈ మార్పు ఒక అమైనో ఆమ్లాన్ని మార్చదు. ఇది దాగి ఉన్న ఒక స్ప్లైస్ స్థానాన్ని సక్రియం చేస్తుంది. దాంతో లామిన్ A ప్రోటీన్ నుంచి 50 అమైనో ఆమ్లాలు తొలగిపోతాయి. ఇలా కుదించబడిన ఉత్పత్తిని ప్రొజెరిన్ అంటారు. సాధారణంగా కణం దాని ఫార్నెసిల్ లంగరును తొలగించడానికి వీలు కల్పించే ఛేదన స్థానం ఇందులో ఉండదు. అందువల్ల ప్రొజెరిన్‌కు ఫార్నెసిల్ సమూహం శాశ్వతంగా అంటుకుని ఉండి, అది కేంద్రకపు లోపలి పొరకు అతుక్కుపోతుంది. సాధారణ లామిన్ A అయితే ఆ పొరకు అంటుకోవడం, విడిపోవడం చేస్తుంటుంది.

కేంద్రకంలో కలిగే పరిణామాలు బాగా నమోదు చేయబడ్డాయి; అవి సూక్ష్మదర్శినిలో కనిపిస్తాయి. కేంద్రకాలు మృదువైన అండాకారంలో ఉండటానికి బదులుగా ఉబ్బి, ముడతలు పడతాయి. సాధారణంగా కేంద్రక అంచున ఉండే, దట్టంగా అమరిన క్రియారహిత DNA అయిన హెటెరోక్రోమాటిన్ పలుచబడుతుంది. వేలాది జన్యువుల వ్యక్తీకరణ మారుతుంది. కేంద్రక లామినాను వాల్‌పేపర్ వెనుక ఉన్న ఆధార నిర్మాణంలా ఊహించండి: ఆ నిర్మాణంలోని ఒక భాగాన్ని తప్పు స్థానంలో వెల్డింగ్ చేస్తే, గోడ ఉబ్బుతుంది; గదంతటా వాల్‌పేపర్ నమూనా వక్రీకృతమవుతుంది.

ఈ అధ్యయనంలో ప్రొజీరియా రోగుల చర్మ ఫైబ్రోబ్లాస్ట్‌లను, వాటితో సమాన సంఖ్యలో పాసేజ్‌లకు గురైన నియంత్రణ కణాలను ఉపయోగించారు. వీటితోపాటు, సాధారణ ఫైబ్రోబ్లాస్ట్‌లు నేరుగా ప్రొజెరిన్‌ను ఉత్పత్తి చేసేలా రూపొందించిన మరో కణ శ్రేణిని కూడా ఉపయోగించారు. ఇలా రూపొందించిన కణాల్లోనూ అదే లోపాలు ఏర్పడ్డాయి. అంటే, కారణం రోగుల గత చరిత్రగానీ, కల్చర్‌లో గడిపిన సమయంగానీ కాకుండా ప్రొజెరిన్ అని ఇది నిర్ధారిస్తుంది. తీవ్రత ప్రొజెరిన్ పరిమాణానికి అనుగుణంగా ఉండింది: ఎక్కువ ప్రొజెరిన్‌ను వ్యక్తీకరించిన కణ శ్రేణిలో అన్ని అంశాల్లోనూ మరింత తీవ్రమైన లోపాలు కనిపించాయి.

మైటోకాండ్రియా ఎలా కనిపించాయి

ఆరోగ్యకరమైన ఫైబ్రోబ్లాస్ట్‌లలోని మైటోకాండ్రియా కేంద్రకం చుట్టూ శాఖలుగా విస్తరించిన జాలాన్ని ఏర్పరుస్తాయి. వాటి పొడవైన గొట్టాల వంటి నిర్మాణాలు కణ అస్థిపంజర మార్గాల వెంట కదులుతాయి. ప్రొజీరియా కణ శ్రేణుల్లో ఆ జాలం కనుమరుగైంది. మైటోకాండ్రియాలో ఎక్కువ భాగం ముక్కలుగా విడిపోయాయి, అనేకం వాచిపోయాయి. ఎలక్ట్రాన్ సూక్ష్మదర్శిని పరిశీలనలో తీవ్రంగా దెబ్బతిన్న కణాంగాల సంఖ్య సుమారు రెండింతలు పెరిగినట్లు కనిపించింది. టైమ్-లాప్స్ చిత్రీకరణలో అవి నియంత్రణ కణాల్లోని వాటికంటే తక్కువ వేగంతో, తక్కువ దూరం కదులుతున్నట్లు కనిపించింది.

నిర్మాణంతోపాటు పనితీరు కూడా మారింది. మైటోకాండ్రియాలోని సూపర్‌ఆక్సైడ్ స్థాయులు, మొత్తం కణంలోని ఆక్సిడెంట్ స్థాయులు పెరిగాయి. ఎక్కువ కణాల్లో పొర విద్యుత్ విభవం దెబ్బతిన్నట్లు కనిపించింది. ATP ఉత్పత్తి తగ్గింది. ఈ అంశాలను విడివిడిగా చూస్తే ఆశ్చర్యపడాల్సిందేమీ లేదు. ఎందుకంటే దెబ్బతిన్న మైటోకాండ్రియా క్రియాశీల ఆక్సిజన్ రకాలను విడుదల చేస్తాయి, తక్కువ శక్తిని ఉత్పత్తి చేస్తాయి. కొత్త విషయం ఏమిటంటే, ప్రతిపాదించిన కారణం. NRF1, TFAM, అలాగే విలీనాన్ని, విభజనను నియంత్రించే MFN1, MFN2, OPA1, FIS1, DRP1 వంటి తదుపరి కారకాల ద్వారా మైటోకాండ్రియా జీవోత్పత్తిని నడిపించే ట్రాన్స్‌క్రిప్షనల్ సహ-సక్రియకర్త PGC-1alpha, ప్రొజీరియా కణాల్లో mRNA స్థాయిలో సుమారు ఎనిమిది రెట్లు తగ్గింది. దానికి అనుగుణంగా ప్రోటీన్ పరిమాణమూ తగ్గింది. మైటోకాండ్రియాను తయారు చేసి, నిర్వహించే ప్రధాన స్విచ్‌ను ప్రొజెరిన్ అణచివేస్తున్నట్లు అనిపించింది. కేంద్రక లామినా నష్టానికి, శక్తి జీవక్రియకు మధ్య ఉన్న ఈ సంబంధం మైటోకాండ్రియా శక్తి ఉత్పత్తిపై విస్తృత వివరణలో ఒక భాగం. ఇదే సమతుల్యతలోని ఆక్సిడెంట్ అంశం ఆక్సిడేటివ్ ఒత్తిడి మరియు ROS నియంత్రణలో వివరించబడింది.

మెథిలీన్ బ్లూ ఏమి మార్చింది

పరిశోధకులు కణాలను తక్కువ సాంద్రత అయిన 100 nanomolar మెథిలీన్ బ్లూకు వారాలపాటు నిరంతరంగా గురిచేశారు. కణ కల్చర్ పరంగా ఇది దీర్ఘకాలం పాటు తక్కువ తీవ్రతతో పదార్థానికి గురిచేయడం; కొద్దిసేపు మాత్రమే ఔషధాన్ని అందించడం కాదు. మెథిలీన్ బ్లూ ఆక్సీకరణ, క్షయకరణ రూపాల మధ్య మారుతూ మైటోకాండ్రియాలో ఎలక్ట్రాన్‌లను మోసుకెళ్లగలదు. అందుకే దీన్ని ఒక ఆక్సిడెంట్‌ను తటస్థీకరించినప్పుడు ఖర్చైపోయే సాధారణ యాంటీఆక్సిడెంట్‌గా కాకుండా, మైటోకాండ్రియాను లక్ష్యంగా చేసుకునే రెడాక్స్ సమ్మేళనంగా వర్ణిస్తారు.

సాధారణ కణాల్లోనూ, ప్రొజీరియా కణాల్లోనూ మైటోకాండ్రియా స్పందించాయి. ATP పెరిగింది, ఆక్సిడెంట్ స్థాయులు తగ్గాయి, తీవ్ర లోపాలున్న మైటోకాండ్రియా నిష్పత్తి తగ్గింది. PGC-1alpha వ్యక్తీకరణతోపాటు, అది నియంత్రించే కొన్ని తదుపరి లక్ష్యాల వ్యక్తీకరణ కూడా పాక్షికంగా కోలుకుంది. ఇంతవరకు ఇది మైటోకాండ్రియా పనితీరుకు తోడ్పడే సాధారణ ప్రభావం మాత్రమే; ప్రొజీరియాకు ప్రత్యేకమైనది కాదు.

కేంద్రక ఫలితాలు ఆశ్చర్యాన్ని కలిగించాయి. అవి వ్యాధిగ్రస్త కణాలకు మాత్రమే ప్రత్యేకంగా కనిపించాయి. ఆకారాన్ని పరిమాణాత్మకంగా విశ్లేషించినప్పుడు కేంద్రకపు ఉబ్బులు తగ్గినట్లు తేలింది. లామిన్ A, Cల మొత్తం పరిమాణాలు పెరిగాయి. అత్యంత గమనార్హంగా, ప్రొజెరిన్ పంపిణీ మారింది: చికిత్స చేయని ప్రొజీరియా కణాల్లో ప్రొజెరిన్‌లో కేవలం 30 శాతం మాత్రమే కరిగే కేంద్రకద్రవ్య భాగంలో ఉండగా, మిగిలినది పొరకు అంటుకుని ఉండేది. చికిత్స తర్వాత కరిగే భాగం సుమారు 65 శాతానికి పెరిగింది. ఇది సాధారణ లామిన్ ప్రవర్తనకు దగ్గరగా ఉంది. పొర నుంచి విడిపోయిన ప్రొజెరిన్ తన పక్కన ఉన్న ప్రోటీన్‌లను తనతోపాటు తక్కువగా లాగుతుంది. లామిన్ A, Cల కరిగే భాగాలు కూడా కోలుకున్నాయి.

ఆ విడుదల ఫలితంగా కేంద్రకానికి సంబంధించిన రెండు లక్షణాలు మెరుగుపడ్డాయి. ఎలక్ట్రాన్ సూక్ష్మదర్శినితోనూ, హెటెరోక్రోమాటిన్ ప్రోటీన్ HP1-alphaకు రంగు అద్ది పరిశీలించడం ద్వారానూ చూసినప్పుడు, కేంద్రకం చుట్టూ ఉన్న హెటెరోక్రోమాటిన్ స్పష్టంగా పునరుద్ధరించబడినట్లు కనిపించింది. RNA సీక్వెన్సింగ్ కూడా ట్రాన్స్‌క్రిప్టోమ్ మళ్లీ సాధారణ స్థితి వైపు కదులుతున్నట్లు చూపింది: చికిత్స చేయని ప్రొజీరియా కణాలు నియంత్రణ కణాల నుంచి 3,200 కంటే ఎక్కువ జన్యువుల విషయంలో భిన్నంగా ఉండగా, చికిత్స చేసిన ప్రొజీరియా కణాలు సుమారు 1,670 జన్యువుల విషయంలో భిన్నంగా ఉన్నాయి. సాధారణ కణాల్లో ఇదే చికిత్స కొన్ని డజన్ల జన్యువులను మాత్రమే మార్చింది. అంటే కేంద్రకంపై ప్రభావం సాధారణంగా ట్రాన్స్‌క్రిప్షన్‌ను కదిలించే ప్రభావం కాకుండా, ప్రొజెరిన్‌తో ముడిపడి ఉందని ఇది సూచిస్తుంది. కణాలు, జంతువులతో చేసే ప్రయోగాలు వాటి శీర్షికలు సూచించేదానికంటే పరిమితమైన ప్రశ్నలకే సమాధానాలు ఇస్తాయనే సూత్రాన్ని మెథిలీన్ బ్లూ పరిశోధనను ఎలా చదవాలి అనే వ్యాసంలో వివరించారు.

ఇది చికిత్స ఎందుకు కాదు

నాలుగు పరిమితులు ఈ అధ్యయనాన్ని ఉండాల్సిన చోటే ఉంచుతాయి: ప్రయోగశాల లోపల.

మొదటిది, అంతా కల్చర్ పాత్రల్లోనే జరిగింది. కల్చర్‌లో ఉన్న ఫైబ్రోబ్లాస్ట్‌లకు రక్త సరఫరా, రోగనిరోధక వ్యవస్థ నేపథ్యం, కణజాల నిర్మాణం ఉండవు. ఒక సమ్మేళనం అసలు లక్ష్యాన్ని చేరుతుందా లేదా అని నిర్ణయించే శరీరవ్యాప్త ఔషధ ప్రక్రియలూ ఉండవు. ఈ పరిశోధనలో ఏ జంతువుకూ మోతాదు ఇవ్వలేదు; ఏ రోగికీ చికిత్స చేయలేదు.

రెండవది, ప్రొజీరియా ఫైబ్రోబ్లాస్ట్‌లు ఒకే రకమైన కణానికి నమూనా. ఈ వ్యాధి ప్రధానంగా ధమనులు, ఎముకలు, కొవ్వు కణజాలంపై ప్రభావాల ద్వారా మరణానికి దారితీస్తుంది. కానీ ఈ అధ్యయనం ఫైబ్రోబ్లాస్ట్‌లతోపాటు ఒక మృదు కండర కణ నమూనాను మాత్రమే పరిశీలించింది. ఇతర కణజాలాలు భిన్నంగా ప్రవర్తించవచ్చు.

మూడవది, కల్చర్ మాధ్యమంలో nanomolar సాంద్రతకు వారాలపాటు నిరంతరంగా గురిచేయడం వల్ల కేంద్రక పునరుద్ధరణ జరిగింది. పాత్రల్లోని సాంద్రతలు మోతాదులు కావు. మాధ్యమంలోని 100 nanomolar సాంద్రతను మానవులకు అనుసరించదగిన చికిత్స విధానంగా ఈ పరిశోధనలో ఎక్కడా మార్చలేదు. వైద్యంలోని ఇతర సందర్భాల్లో మెథిలీన్ బ్లూకు దాని సొంత మోతాదు-ప్రతిస్పందన లక్షణాలు, భద్రతా వివరాలు ఉన్నాయి. ఇంట్లో వాడుకోవడానికి ఈ అధ్యయనం ఎలాంటి ఆధారాన్నీ అందించదు. సాధారణ భద్రతా నేపథ్యాన్ని మెథిలీన్ బ్లూ భద్రత మరియు దుష్ప్రభావాలు అనే వ్యాసంలో చూడవచ్చు.

నాలుగవది, ప్రొజీరియా సాధారణ వృద్ధాప్యం కాదు. ఇది ఒకే ఉత్పరివర్తనం వల్ల కలిగే అరుదైన వ్యాధి. ఇందులో కేంద్రకపు ఆధార నిర్మాణం ఒక ప్రత్యేక పద్ధతిలో దెబ్బతింటుంది. కల్చర్‌లో పెంచిన కణాల్లో ఆ నిర్దిష్ట నష్టాన్ని తగ్గించే సమ్మేళనం, ఆ ఉత్పరివర్తనం లేని వ్యక్తుల వృద్ధాప్యం గురించి పెద్దగా ఏమీ చెప్పదు. ఈ కణ లక్షణం కేంద్రక-మైటోకాండ్రియా పరస్పర సమాచార మార్పిడిని అర్థం చేసుకునే అవకాశం మాత్రమే; దీర్ఘాయుష్షుకు సంబంధించిన ఫలితం కాదు.

అందువల్ల సముచితమైన సారాంశాన్ని నిర్దిష్ట పరిస్థితులకే పరిమితం చేయాలి. ప్రొజీరియా ఫైబ్రోబ్లాస్ట్‌లలో ప్రొజెరిన్ PGC-1alphaను అణచివేస్తుంది. ఫలితంగా మైటోకాండ్రియా ముక్కలుగా విడిపోయి, మందకొడిగా, అధిక ఆక్సిడెంట్‌లతో, తక్కువ శక్తితో ఉంటాయి. తక్కువ సాంద్రతలోని మెథిలీన్ బ్లూ అన్ని కణాల్లో మైటోకాండ్రియా పనితీరు కొలతలను పునరుద్ధరించింది. అదనంగా, వ్యాధిగ్రస్త కణాల్లో కేంద్రక పొర నుంచి ప్రొజెరిన్‌ను విడుదల చేసింది. దీనితో కేంద్రక ఆకారం, హెటెరోక్రోమాటిన్, జన్యు వ్యక్తీకరణ పాక్షికంగా కోలుకున్నాయి. ఈ ద్వంద్వ చర్య వల్ల ఈ అధ్యయనం గురించి తెలుసుకోవడం విలువైనదవుతుంది. అంతమాత్రాన మెథిలీన్ బ్లూ ప్రొజీరియాకు గానీ, వృద్ధాప్యానికి గానీ చికిత్స అవదు.