మిథిలీన్ బ్లూ, టౌ, అమైలాయిడ్: ప్రోటీన్ తొలగింపు యంత్రాంగాలు ఎందుకు భిన్నంగా ఉంటాయి

అల్జీమర్ వ్యాధికి సంబంధించిన ప్రోటీన్లపై మిథిలీన్ బ్లూ ఏం చేస్తుందని అడిగితే, పరిమితులను స్పష్టం చేసే మూడు సమాధానాలు వినాల్సిన చోట ఒకే ధీమాతో కూడిన సమాధానం వినిపిస్తుంది. పరీక్ష నాళికలో అది టౌ తనకు తాను అతుక్కోవడాన్ని అడ్డుకుంటుంది. ఒక ఎలుక నమూనాలో టౌలో మార్పు చేయకుండా కరిగే అమైలాయిడ్‌ను తగ్గిస్తుంది. మరొక నమూనాలో అమైలాయిడ్ ఉత్పత్తికి కారణమయ్యే ఎంజైమ్‌ను తగ్గిస్తుంది. ఇవన్నీ నిజమైన ఫలితాలే. కానీ ఏదీ పూర్తి చిత్రాన్ని చూపదు; ఇవన్నీ ఒకే జంతువులో ఒకే సమయంలో జరగవు. ఒక ప్రయోగంలోని ఫలితాన్ని మరో ప్రయోగానికి రుజువుగా పేర్కొనకుండా ఉండేందుకు ఈ వ్యాసం ఈ మూడింటినీ వేరు చేస్తుంది.

కణాల లోపల మిథిలీన్ బ్లూ ఎలా పనిచేస్తుంది అనే విస్తృత అవగాహన కోరుకునే పాఠకులు అక్కడ మొదలుపెట్టాలి. వీటిలో ఏదైనా రోగులకు ఉపయోగపడిందా అని తెలుసుకోవాలనుకునే పాఠకులు అల్జీమర్ వ్యాధిలో క్లినికల్ పరిశోధనల వివరాలను చదవాలి; మానవులపై నిర్వహించిన పరీక్షల ఫలితాలు అక్కడ చర్చించబడ్డాయి. ఈ వ్యాసం ఆ వివరాలను పునరావృతం చేయదు.

టౌకు సంబంధించిన ఫలితం సమూహీకరణ పరీక్షలకు పరిమితమైనది

ఈ మూడు పరిశోధనా కథనాల్లో అత్యంత పాతది, న్యూరోఫైబ్రిల్లరీ చిక్కులను ఏర్పరచే టౌ ప్రోటీన్‌పై కణరహిత పరిస్థితుల్లో చేసిన అధ్యయనాల నుంచి వచ్చింది. టౌ-టౌ బంధన పరీక్షలో టౌ భాగాలు జతగా ఉండే హెలికల్ తంతువులుగా ఏర్పడతాయి; మిథిలీన్ బ్లూ సహా ఫీనోథయజీన్ రంగులు తక్కువ micromolar సాంద్రతల్లో ఆ ఏర్పాటును అడ్డుకుంటాయి. తరువాతి జీవరసాయన పరిశోధనలు దీనికి రసాయనపరమైన వివరణ ఇచ్చాయి: ఈ రంగు టౌలోని సిస్టీన్ అవశేషాలను ఆక్సీకరిస్తుంది. దాంతో మోనోమర్ రూపం స్థిరపడుతుంది, లేకపోతే పెరిగే ఫైబ్రిల్స్ అణచివేయబడతాయి. టౌ సమూహీకరణను నిరోధించడానికి నివేదించిన సాంద్రతలు సుమారుగా ఏక అంకెల నుంచి కొన్ని పదుల micromolar పరిధిలో ఉన్నాయి; తరువాతి చర్చ అంతటికీ ఈ పరిధి ముఖ్యమైనది.

ఇది ఎలాంటి నిర్ధారణో గమనించండి. ఇది టౌ ఉత్పత్తి గురించి గానీ, సజీవ మెదడులో టౌ ఫాస్ఫోరైలేషన్ గురించి గానీ, టౌ తొలగింపు గురించి గానీ ఏమీ చెప్పదు. నిర్ణీత పరిస్థితుల్లో పరీక్ష నాళికలో ఆక్సీకరణ చెందిన రంగు టౌ పొరలుగా పేరుకుపోకుండా నిరోధిస్తుందని మాత్రమే చెబుతుంది. ఇది ఖచ్చితమైన, పరిమితమైన, ఉపయోగకరమైన ఫలితం. మిథిలీన్ బ్లూ టౌకు సంబంధించిన వ్యాధికారక మార్పులను తొలగిస్తుందనే సాధారణ ప్రకటనగా దీనిని విస్తరించినప్పుడు సమస్య మొదలవుతుంది, ఎందుకంటే జంతు అధ్యయనాల డేటా ఆ వాదనకు అనుగుణంగా లేదు.

ప్రోటియాసోమ్ ఫలితం 3xTg-AD ఎలుకలకు సంబంధించినది; అది అమైలాయిడ్, టౌ ఫలితాలను వేరు చేసింది

వేర్వేరు ఫలిత సూచికలు వేర్వేరుగా మారినట్లు అత్యంత స్పష్టంగా చూపిన ప్రయోగం మూడు అల్జీమర్ ఉత్పరివర్తనలు కలిగిన ఎలుకల్లో నిర్వహించిన 16-వారాల ఆహార అధ్యయనం. ఆ జంతువులు ఆరు నెలల వయసు నుంచి మిథిలీన్ బ్లూ కలిపిన ఆహారాన్ని తిన్నాయి. పరిశోధకులు ఒకేసారి మూడు అంశాలను కొలిచారు: ప్రోటియాసోమ్, అమైలాయిడ్ స్థాయులు, టౌ.

ప్రోటియాసోమ్‌లో మార్పు కనిపించింది. కైమోట్రిప్సిన్-లాంటి క్రియాశీలత సుమారు పావు వంతు, ట్రిప్సిన్-లాంటి క్రియాశీలత సుమారు సగం పెరిగాయి; మూడవ ఉత్ప్రేరక క్రియాశీలతలో మాత్రం గణనీయమైన మార్పు లేదు. కరిగే అమైలాయిడ్-బీటా 40, 42 ఒక్కొక్కటి సుమారు పావు వంతు తగ్గాయి. పూర్వగామి ప్రోటీన్, దాని ప్రాసెసింగ్ భాగాల్లో మార్పు లేకపోవడంతో, రచయితలు దీనిని ఉత్పత్తి తగ్గుదల కంటే తొలగింపు పెరుగుదలగా అర్థం చేసుకున్నారు. నీటి మేజ్ ప్రోబ్ పరీక్షలో నేర్చుకునే సామర్థ్యం, జ్ఞాపకశక్తి కూడా మెరుగుపడ్డాయి.

అయితే మిగిలిన ఫలితాలు దీనికి భిన్నంగా ఉన్నాయి. కరగని అమైలాయిడ్ మారలేదు. ప్లాక్‌లను గుర్తించే స్టెయినింగ్‌లో మార్పు లేదు. మొత్తం మానవ టౌ, థ్రియోనిన్ 181 వద్ద ఫాస్ఫో-టౌ మారలేదు; టౌ అసాధారణ స్థానాల్లో ఉండటంలోనూ మార్పు లేదు. మైటోకాండ్రియాకు సంబంధించిన కొలతలు కూడా మారలేదు: సైటోక్రోమ్-c ఆక్సిడేజ్ క్రియాశీలతపై, ఆక్సిడేజ్ ప్రోటీన్‌పై, ATPపై గణనీయమైన ప్రభావం కనిపించలేదు. అంటే ఈ నమూనాలో, ఈ వినియోగ విధానంలో, మిథిలీన్ బ్లూ మూడు ప్రోటియాసోమ్ క్రియాశీలతల్లో రెండింటిని పెంచింది, కరిగే అమైలాయిడ్‌ను తగ్గించింది, ఒక ప్రవర్తనా కొలతలో లోపాన్ని సరిచేసింది. కానీ టౌకు సంబంధించిన ఫలిత సూచికలు, కరగని అమైలాయిడ్, పరీక్షించిన మైటోకాండ్రియా ఫలిత సూచికలు మారలేదు.

ఒక పరిమితి ఈ విషయాన్ని బలహీనపరచకుండా మరింత స్పష్టం చేస్తుంది. పరీక్షించిన వయసులో ఈ ఎలుకల్లో ఇంకా టౌ సమూహాలు ఏర్పడలేదు. కాబట్టి టౌ చిక్కులపై మిథిలీన్ బ్లూ పనిచేయదని ఈ ప్రయోగం చూపలేదు. కొలిచిన టౌ ఫలిత సూచికలు మారకపోయినా కరిగే అమైలాయిడ్ తగ్గవచ్చని ఇది చూపింది. ఈ అంశానికి అవసరమైనది సరిగ్గా ఇలాంటి ఫలితమే: ఒక ప్రోటీన్ మారింది, మరొకటి మారలేదు. మిథిలీన్ బ్లూ వల్ల ప్రోటియాసోమ్ క్రియాశీలత పెరిగి రెండు ప్రధాన లక్షణ ప్రోటీన్లూ కలిసే తొలగిపోతాయని మీరు భావిస్తుంటే, ఆ భావనను ఈ అధ్యయనం సరిచేస్తుంది.

అమైలాయిడ్ ఉత్పత్తికి సంబంధించిన ఫలితం వయసు పైబడిన PSAPP ఎలుకలకు చెందినది; అది మునుపటి యంత్రాంగానికి విరుద్ధంగా ఉంది

వేరే పరిశోధక బృందం, వేరే నమూనా, ప్రక్రియ ప్రారంభ దశకు సంబంధించిన పూర్తి విరుద్ధమైన వివరణ. 15-నెలల వయసున్న PSAPP ఎలుకల్లో మూడు నెలల పాటు గొట్టం ద్వారా నేరుగా కడుపులోకి ఇచ్చిన అధ్యయనంలో, రోజువారీ నోటి మోతాదు 3 mg/kg మెదడులోని వివిధ ప్రాంతాల్లో ప్లాక్ పరిమాణాన్ని సుమారు మూడో వంతు నుంచి సగం వరకు తగ్గించింది. ప్రత్యేక పరీక్షతో కొలిచిన ఒలిగోమర్‌లతో సహా అనేక అమైలాయిడ్ భాగాలు కూడా తగ్గాయి. కానీ ఇక్కడ ప్రతిపాదించిన యంత్రాంగం వేగవంతమైన తొలగింపు కాదు, తగ్గిన ఉత్పత్తి: మెదడులో BACE1 ప్రోటీన్ తగ్గింది, దాని ఉత్పత్తి C99 తగ్గింది, కానీ మెసెంజర్ RNA తగ్గలేదు. ఇది జన్యు వ్యక్తీకరణ తగ్గడం కంటే ప్రోటీన్ స్థాయిలో ప్రభావాన్ని సూచిస్తుంది.

కణాలపై చేసిన పరిశోధన ఈ వివరణకు మరింత బలం చేకూర్చింది. రీకాంబినెంట్ ఎంజైమ్‌తో నిర్వహించిన కణరహిత పరీక్షలో మిథిలీన్ బ్లూ నేరుగా BACE1ను నిరోధించింది. మానవ అమైలాయిడ్ పూర్వగామి ప్రోటీన్‌ను వ్యక్తీకరించే హ్యామ్‌స్టర్ అండాశయ కణాల్లో, 1.56 micromolar వంటి తక్కువ సాంద్రతలోనూ స్రవించిన అమైలాయిడ్ 40, 42 తగ్గాయి; పూర్వగామి ప్రోటీన్ మాత్రం మారలేదు. దీనిని మునుపటి అధ్యయనంతో పోల్చండి: అక్కడ పూర్వగామి ప్రాసెసింగ్ భాగాలు మారలేదు, ఫలితానికి తొలగింపు కారణమని భావించారు. నమూనాలు, వయసులు, మోతాదులు, ఇచ్చే మార్గాలు, వ్యవధులు వేర్వేరు కాబట్టి ఈ రెండూ ఒకే సార్వత్రిక యంత్రాంగాన్ని వివరించలేవు. ముఖ్యమైనది ఇదే. మిథిలీన్ బ్లూ అమైలాయిడ్‌పై చూపే ప్రభావాలు ఒక ప్రయోగ పరిస్థితిలో ఉత్పత్తి ద్వారా, మరొకదానిలో తొలగింపు ద్వారా సంభవిస్తాయి. వాటి ప్రయోగ పరిస్థితులను చెప్పకుండా ఏ ఫలితాన్ని పేర్కొన్నా అది తప్పుదారి పట్టిస్తుంది.

ఒకే రసాయన ప్రక్రియ, అనేక లక్ష్యాలు: సిస్టీన్ ఆక్సీకరణ ద్వారా ఏర్పడే సంబంధం

ఒకే రెడాక్స్ రసాయన ప్రక్రియ, పరస్పరం సంబంధం లేని ప్రోటీన్ల పరిశోధనల్లో ఎలా కనిపిస్తుందో మూడవ పరిశోధనా దిశ వివరిస్తుంది. కాస్పేస్ నిరోధంపై చేసిన జీవరసాయన అధ్యయనంలో, మిథిలీన్ బ్లూ కాస్పేస్-6లోని ఉత్ప్రేరక సిస్టీన్‌ను సల్ఫెనిక్ ఆమ్లంగా ఆక్సీకరించి దానిని క్రియారహితం చేసింది. దీనిని మాస్ స్పెక్ట్రోమెట్రీతో నిర్ధారించారు; గరిష్ఠ ప్రభావంలో సగాన్ని కలిగించే సాంద్రత సుమారు 10.6 micromolar. కాస్పేస్-3 కూడా ఇలాంటి సాంద్రతలో నిరోధించబడింది. రచయితలు దీనిని టౌ పరిశోధనలతో స్పష్టంగా అనుసంధానించారు: టౌను మోనోమర్ రూపంలో ఉంచుతుందని ప్రతిపాదించిన అదే సిస్టీన్-ఆక్సీకరణ రసాయన ప్రక్రియ ఒక సిస్టీన్ ప్రోటియేజ్‌ను క్రియారహితం చేయగలదు; ప్రభావవంతమైన సాంద్రతల పరిధులు కూడా కలుస్తున్నాయి.

ఇది చక్కని వివరణ, అదే సమయంలో ఒక హెచ్చరిక కూడా. బయటకు అందుబాటులో ఉన్న సిస్టీన్‌లను ఆక్సీకరించే రెడాక్స్-క్రియాశీల అణువుకు, అది పనిచేసే ఏ సాంద్రతలోనైనా ఒకటి కంటే ఎక్కువ లక్ష్యాలు ఉంటాయి. టౌ సమూహాలను విడదీయడం, కాస్పేస్‌పై ప్రభావం, బహుశా మరికొన్ని ప్రక్రియల్లోనూ ఒకే రసాయన చర్య వేర్వేరు పదార్థాలపై జరుగుతుంది. ఒకే చర్య ఉండటం వల్ల ఈ ఫలితాలను ఒకదాని స్థానంలో మరొకటి ఉపయోగించలేం. ఏ లక్ష్యం ముఖ్యమో మోతాదు, సందర్భం నిర్ణయిస్తాయని దీని అర్థం. ఒక సిస్టీన్-ఆధారిత ప్రక్రియను లక్ష్యంగా చేసుకుని దీర్ఘకాలం మోతాదులు ఇవ్వడం ఇతర ప్రక్రియలనూ ప్రభావితం చేయవచ్చు; కాస్పేస్ అధ్యయన రచయితలు ఈ అంశాన్ని నేరుగా ప్రస్తావించారు. మిథిలీన్ బ్లూ రెడాక్స్ రసాయన ప్రక్రియ తన లక్ష్యాలను ఎలా ఎంచుకుంటుంది, ఇతర సమూహీకృత ప్రోటీన్ల విషయంలో ప్రోటియాసోమ్ క్రియాశీలత పెరగడం ఏం సూచిస్తుంది, దీర్ఘకాలం మోతాదులు ఇవ్వడం ప్రభావితమయ్యే లక్ష్యాల సముదాయాన్ని మారుస్తుందా అనే సంబంధిత ప్రశ్నల్లో ప్రతిదానికీ ప్రత్యేక చర్చ అవసరం.

ఫలిత సూచికలవారీగా యంత్రాంగం: ఏ ఫలితం ఏ నమూనాకు చెందినది

పట్టికను వరుసలవారీగా చదివితే విషయం స్పష్టమవుతుంది. ఏ ఒక్క వరుసలోని అంశమూ ప్రతి నిలువు వరుసలో మారలేదు. అమైలాయిడ్ ఉత్పత్తికి సంబంధించిన అత్యంత బలమైన ఫలితం, ప్రోటియాసోమ్‌ను అసలు పరీక్షించని అధ్యయనం నుంచి వచ్చింది. ప్రోటియాసోమ్‌కు సంబంధించిన అత్యంత బలమైన ఫలితం, పూర్వగామి ప్రాసెసింగ్‌లో ఏ మార్పూ లేని అధ్యయనం నుంచి వచ్చింది. టౌకు సంబంధించిన ఫలితం ప్రధానంగా పరీక్ష నాళికల్లోనూ, లక్ష్యేతర ఎంజైమ్‌లతో పంచుకునే రసాయన ప్రక్రియలోనూ ఉంది. ఈ నిలువు వరుసలన్నిటినీ కలిపి, మిథిలీన్ బ్లూ వ్యాధికారక ప్రోటీన్లను ఒక వర్గంగా తొలగిస్తుందని ఎవరైనా ఒకే వాదన చేస్తే, వారు ఎన్నడూ నిర్వహించని ప్రయోగానికి సమీక్ష రాస్తున్నట్టే.

ఇదే క్రమశిక్షణ రోగుల విషయంలోనూ వర్తిస్తుంది. ఈ యంత్రాంగాలు కలిపి క్లినికల్ ప్రయోజనాన్ని ఇస్తాయా అనేది ప్రత్యేక ప్రశ్న. దానికి ప్రత్యేక పరీక్షలు, ప్రత్యేక నిర్ధారణలు ఉన్నాయి. దానికి సమాధానం ఇక్కడ కాకుండా అల్జీమర్‌కు సంబంధించిన క్లినికల్ ఆధారాల్లో చర్చించబడింది.