Кабуди метиленӣ ва ферроптоз: оҳан, пероксидшавии липидҳо ва марги ҳуҷайра

Ферроптоз марги ҳуҷайра дар натиҷаи осеби мембрана аст. Равғанҳои бисёрносери мембранаҳо дар як реаксияи занҷирӣ оксид мешаванд, мембрана аз кор мемонад ва ҳуҷайра мемирад. Барои ин раванди кимиёвӣ оҳан зарур аст. Ҳамин ҷумла тамоми мафҳумро ифода мекунад ва ҳама чиз дар ин мақола санҷиши як қисми он аст.

Саволи ин ҷо маҳдудтар аст: кабуди метиленӣ дар таҷрибаҳои ҳуҷайравӣ ба ин занҷир чӣ таъсир мерасонад ва ин натиҷа воқеан чиро нишон медиҳад? Ҷавоби кӯтоҳ ин аст, ки дар ду таҳқиқоти озмоишгоҳӣ кабуди метиленӣ дар консентратсияҳои наномолярӣ пероксидшавии липидҳои митохондриявиро коҳиш дод ва пас аз таъсири омилҳое, ки дар акси ҳол ферроптозро ба вуҷуд меоранд, ҳуҷайраҳоро зинда нигоҳ дошт. Ҷавоби муфассалтар муҳимтар аст, зеро ҳар ҳалқаи занҷир бо дахолати алоҳида санҷида шуд ва ҳар дахолат маҳдудиятҳои худро дорад.

Ферроптоз дар як сархат

Фосфолипиди мембрана, ки думи кислотаи равғании бисёрносер дорад, як нуқтаи заиф дорад: атомҳои ҳидрогене, ки ба осонӣ рабуда мешаванд. Вақте радикал яке аз онҳоро мерабояд, оксиген ба липид пайваст мешавад, радикали пероксилии липидӣ ташаккул меёбад ва ин радикал атомеро аз липиди навбатӣ мерабояд. Агар чизе онро бознадорад, реаксия дар тӯли мембрана паҳн мешавад.

Воситаи асосии боздоштани ин раванд ферменте бо номи GPX4 аст, ки глутатионро барои барқарор кардани пероксидҳои липидӣ ба спиртҳои липидии безарар истифода мебарад. Омилҳои ангезандаи озмоишгоҳӣ ба ин муҳофизат дар нуқтаҳои муайян таъсир мекунанд. Эрастин воридшавии систинро тавассути системаи xc-minus мебандад ва ҳуҷайраро аз систеини зарурӣ барои синтези глутатион маҳрум мекунад. Бутионинсулфоксимин синтези глутатионро мустақиман мебандад. RSL3 худи GPX4-ро бозмедорад. Ҳар се боиси боқӣ мондани пероксидҳо мешаванд, аммо дар марҳилаҳои гуногун амал мекунанд, бинобар ин натиҷаи бадастомада бо як ангезанда худ аз худ ба ангезандаҳои дигар татбиқ намешавад.

Ферроптоз аз апоптоз бо хусусиятҳои муайянкунандаи худ фарқ мекунад. Дар он каскади каспазаҳо ва ҷисмчаҳои апоптозӣ вуҷуд надоранд. Хелаторҳои оҳан, ба монанди дефероксамин, ва моддаҳои ба дом гирандаи радикалҳо, ба монанди ферростатин-1, онро пахш мекунанд. Ин санҷиши амалиест, ки муҳаққиқон барои ферроптозӣ номидани марг, на танҳо некрозӣ, истифода мебаранд. Манзараи васеътари роҳҳои марги танзимшавандаи ҳуҷайра ин фарқиятро дар заминаи умумӣ ҷой медиҳад ва тарзи идора кардани оҳани лабил аз ҷониби ҳуҷайраҳо мефаҳмонад, ки чаро хелатонӣ чунин назорати ҳалкунанда аст.

Нақши митохондрияҳо ва сабаби баҳс дар бораи он

Таҳқиқоти аввалия гузориш доданд, ки ҳуҷайраҳои бе ДНК-и митохондриявӣ ҳам ба ферроптоз дучор мешаванд. Ин нишон медод, ки митохондрияҳо ҳатмӣ нестанд. Таҳқиқоти баъдӣ муайян карданд, ки кам кардани митохондрияҳо ё бастани нафаскашии ҳуҷайравӣ метавонад ферроптози аз норасоии систеин баамаломадаро пахш кунад, аммо на ферроптози аз боздории мустақими GPX4 баамаломадаро. Ҳар ду натиҷа метавонанд дуруст бошанд, агар саҳми митохондрияҳо аз ангезанда, навъи ҳуҷайра ва ҷойи рух додани пероксидшавии ҳалкунанда вобаста бошад.

Таҳқиқоте, ки асоси ин мақола аст, баҳсро бо зонди махсуси як бахши ҳуҷайра баррасӣ кард. MitoCLox шакли ба митохондрияҳо равонашудаи нишондиҳандаи пероксидшавии липидҳо мебошад: ҳангоми вохӯрдан бо радикалҳои пероксилии липидӣ дар дохили митохондрияҳо флуорессенсияи он тағйир меёбад. Дар фибробластҳои бо эрастин коркардшуда оксидшавии зонди митохондриявӣ дар ҳуҷайраҳои ҳанӯз зинда пеш аз марг пайдо шуд ва дар байни ҳуҷайраҳо яксон набуд. Ин пайдарҳамии вақт муҳим аст. Пероксидшавие, ки пеш аз марг рӯй медиҳад, метавонад сабаби он бошад. Пероксидшавие, ки танҳо дар ҳуҷайраҳои мурда чен мешавад, боқимондаи вайроншавӣ аст. Роҳнамои ҳамроҳ дар бораи санҷишҳои пероксидшавии липидҳо ва он чи ҳар зонд нишон медиҳад шарҳ медиҳад, ки чаро ҷойгиршавии зонд маънои сигналро муайян мекунад.

Ҳамин намуна дар модели дуюм низ мушоҳида шуд. Фибробластҳои бемори гирифтори невропатияи ирсии асаби босираи Лебер, ки мутатсияи комплекси I ва сатҳи ибтидоии баландтари стресси оксидативӣ доштанд, ҳангоми кам шудани глутатион аз ферроптоз мурданд, дар ҳоле ки фибробластҳои назоратӣ тоб оварданд. Оксидшавии зонди митохондриявӣ боз ҳам пештар рух дод. Тафсилот дар таҳқиқоти пероксидшавии липидҳои митохондриявӣ ҳангоми ферроптоз дар фибробластҳо оварда шудаанд.

Кабуди метиленӣ дар ин таҷрибаҳо чиро тағйир дод

Кабуди метиленӣ интиқолдиҳандаи электронҳо дар реаксияҳои оксиду барқароршавӣ аст. Шакли оксидшудаи он электронҳоро аз реаксияҳои ба NADH вобаста дар комплекси I қабул мекунад ва шакли барқароршудаи он онҳоро ба ситохроми c медиҳад, ки электронҳоро ба комплекси IV мерасонад. Ин роҳи қисман каноргузареро дар атрофи он қисми занҷир месозад, ки электронҳо одатан аз он ба оксиген гузашта, супероксид ҳосил мекунанд. Хонандагоне, ки тасвири пурраи ин интиқолро мехоҳанд, бояд аз тарзи интиқоли электронҳо тавассути митохондрияҳо бо ёрии кабуди метиленӣ оғоз кунанд.

Дар фибробластҳои шуши бо эрастин коркардшуда кабуди метиленӣ дар консентратсияи 250 наномолярӣ, дар баробари антиоксидантҳои ба митохондрияҳо равонашудаи SkQ1 ва MitoTEMPO, дар санҷиши зинда мондани ҳуҷайраҳо қобилияти ҳаётии онҳоро нигоҳ дошт. Гурӯҳҳои назоратӣ ҳудуди ин хулосаро муайян мекунанд. Ферростатин-1, алфа-токоферол ва дефероксамин низ муҳофизат карданд, ки ферроптозӣ будани маргро тасдиқ мекунад. Аналоги SkQ1 бе гурӯҳи антиоксидантӣ муҳофизат накард, ки ба нақши реаксияҳои оксиду барқароршавӣ ишора мекунад, на ба ҷамъшавии ғайримахсус. Дар консентратсияҳои SkQ1 аз тақрибан 200 наномолярӣ боло муҳофизат суст шуд, ки бо рафтори маълуми прооксидантии антиоксидантҳои хинонӣ ҳангоми миқдори баландтар мувофиқ аст. Кабуди метиленӣ низ ҳамин рафтори дуҷонибаи вобаста ба миқдорро дорад: дар ин зарфҳои озмоишӣ дар сатҳҳои пасти наномолярӣ муҳофизат мекунад, аммо ҳангоми зиёд кардани консентратсия ё таъсири рӯшноии пуршиддат метавонад тавассути гардиши оксиду барқароршавӣ пероксиди ҳидроген ҳосил кунад. Чунин заминаи вобаста ба миқдор дар мақолаи шаклҳои фаъоли оксиген дар митохондрияҳо баррасӣ мешавад.

Сипас таҷрибаҳо бо митохондрияҳои ҷудокардашуда манбаъҳои ROS-ро аз ҳам ҷудо карданд. Дар ҳузури оҳани дувалента, субстратҳое, ки ба комплекси I электрон медиҳанд, ҳамроҳ бо ротенон оксидшавии зондро ангехтанд. Ротенон ҷараёнро баъд аз ҷойгоҳи флавин мебандад, аз ин рӯ интиқолдиҳандаҳои пеш аз он дар ҳолати барқароршуда мемонанд ва электронҳо аз флавини ба тарафи матрикс нигаронидашуда ба оксиген мегузаранд. Субстратҳое, ки ба комплекси III электрон медиҳанд, ҳамроҳ бо антимитсини A пероксиди ҳидрогени фаровон ҳосил карданд, аммо пероксидшавии липидҳоро ба ҳаракат наоварданд. Сигнали умумии ROS яксон буд, вале ҷойгиршавӣ ва натиҷа фарқ мекарданд. SkQ1 ва кабуди метиленӣ ҳар кадом пероксидшавии аз комплекси I сарчашмагирифтаро пахш карданд, бе он ки худи тавлиди пероксиди ҳидрогенро пахш кунанд. Ин амали онҳоро баъд аз ташаккули ROS, дар марҳилаи пероксидшавии липидҳо ҷой медиҳад.

Шохаи таҳқиқоти изофабории оҳан ва ишораи липофусцин

Таҳқиқоти дуюм саволро аз ҷониби оҳан баррасӣ кард. Дар кардиомиоситҳои H9c2, ки ба таъсири консентратсияҳои субмиллимолярии ситрати аммонийи оҳани севалента дучор шуда буданд, аввал ROS-и митохондриявӣ, баъд пероксидшавии липидҳои митохондриявӣ ва сипас ферроптоз пайдо шуданд. Пас аз ин, дар давоми 24 соат пигменти монанд ба липофусцин ҷамъ шуд. Липофусцин боқимондаи дорои оҳан ва худфлуорессенсиякунандаи липидҳо ва сафедаҳои оксидшуда аст, ки бо зиёд шудани синну сол ҷамъ мешавад. Пайдоиши босуръати он дар ин ҷо пероксидшавии шадиди аз оҳан баамаломадаро бо нишондиҳандаи классикии пиршавӣ мепайвандад. Кабуди метиленӣ дар консентратсияҳои наномолярӣ ва SkQ1 ҳар кадом пероксидшавӣ, марг ва ҷамъшавии пигментро пешгирӣ карданд. Митохондрияҳои ҷудокардашудаи дил ин намунаро тасдиқ карданд: ротенон ҳамроҳ бо оҳани дувалента пероксидшавӣ ва сигнали монанд ба пигментро ба вуҷуд оварданд ва ҳар ду модда онро боздоштанд. Пайдарҳамии пурра дар таҳқиқоти изофабории оҳан дар кардиомиоситҳои H9c2 гузориш шудааст. Ҷанбаи марбут ба пигмент бо липофусцин ва нишондиҳандаҳои пиршавии ҳуҷайра алоқаманд аст.

Санҷишҳои зинда мондани ҳуҷайраҳо чиро нишон намедиҳанд

Санҷиши қобилияти ҳаётӣ, ба монанди CellTiterBlue, нишон медиҳад, ки пас аз таъсири ангезанда ва моддаи эҳтимолан муҳофизаткунанда чанд ҳуҷайра дар зарфи озмоишӣ аз ҷиҳати мубодилаи моддаҳо фаъол мемонанд. Ин санҷиши механизм дар як системаи муайян аст. Он натиҷаи табобат нест. Дар ҳеҷ яке аз ин таҷрибаҳо ба бемор модда дода нашуд, нишондиҳандаи ниҳоии беморӣ чен карда нашуд ё ҳудуди табобатӣ дар бадан муайян карда нашуд.

Чор маҳдудият бояд равшан баён шаванд. Аввал, доираи навъҳои ҳуҷайра маҳдуд аст: фибробластҳои трансформатсияшудаи шуш, фибробластҳои ибтидоии пӯст, аз ҷумла як хати ҳуҷайравии бемории митохондриявӣ, ва як хати кардиомиоситҳои каламуш, инчунин митохондрияҳои ҷудокардашудаи дили каламуш. Ҳассосият аз як хат ба хати дигар фарқ мекард ва хати LHON махсусан барои осебпазирии ғайриодии худ интихоб шуда буд. Дуюм, ангезандаҳо шароитҳои шадиди озмоишгоҳӣ мебошанд: бастани пурраи интиқол ё синтез ва миқдори оҳане, ки ҳеҷ бофта ба он якбора дучор намешавад. Сеюм, консентратсияро бо зарб задан ба воя табдил додан мумкин нест. Консентратсияи наномолярӣ дар муҳити парвариши ҳуҷайраҳо воя барои инсон нест. Тақсимшавии кабуди метиленӣ, барқароршавии он ба шакли беранг дар хун ва бофтаҳо, таъсири рӯшноӣ ва потенсиали мембрана ҳама байни зарфи озмоишӣ ва инсон қарор доранд. Чорум, зондҳо танҳо дар бораи бахши худ хабар медиҳанд. Оксидшавии MitoCLox нишон медиҳад, ки радикалҳои липидии митохондриявӣ ташаккул ёфтаанд; он нишон намедиҳад, ки кандашавии мембранаи плазмавӣ, ки эҳтимол ҳодисаи ниҳоӣ аст, мустақиман пешгирӣ шудааст ё тавассути дахолат ба марҳилаҳои пешина роҳ надода шудааст.

Пас хулосаи дақиқ ин аст: дар ин моделҳо ROS-и аз комплекси I сарчашмагирифта ҳамроҳ бо оҳан пероксидшавии липидҳои митохондриявиро ба вуҷуд меоранд, ки пеш аз ферроптоз рух медиҳад, ва кабуди метиленӣ дар консентратсияҳои паст ин қисми занҷирро қатъ мекунад. Ҳар чизе берун аз ин қисм ба таҷрибаҳои дигар, аввал дар ҳайвонот ва баъд дар одамон, ниёз дорад.