Metilen gögi we ferroptoz: demir, lipidleriň peroksidlenmegi we öýjük ölümi

Ferroptoz — membrananyň zeperlenmegi sebäpli ýüze çykýan öýjük ölümidir. Membranalardaky köp doýmadyk ýaglar zynjyrlaýyn reaksiýada oksidlenýär, membrana öz işini ýerine ýetirip bilmeýär we öýjük ölýär. Bu himiki hadysa üçin demir zerurdyr. Şu sözlem düşünjäniň tutuş manysyny berýär we bu makaladaky ähli zat onuň bir böleginiň barlagydyr.

Bu ýerdäki sorag has çäklidir: öýjük synaglarynda metilen gögi şol zynjyra nähili täsir edýär we alnan netije aslynda nämäni görkezýär? Gysga jogap şudur: iki laboratoriýa barlagynda nanomolar konsentrasiýadaky metilen gögi mitohondrial lipidleriň peroksidlenmegini azaldyp, başga ýagdaýda ferroptoza getirýän täsirlerden soň öýjükleriň diri galmagyny üpjün etdi. Has giňişleýin jogap has möhümdir, sebäbi zynjyryň her halkasy başga bir täsir arkaly barlandy we her täsiriň öz çäklendirmeleri bar.

Bir abzasda ferroptoz

Köp doýmadyk ýag kislotasynyň guýrugyny göterýän membrana fosfolipidiniň gowşak ýeri bar: aňsat alynýan wodorod atomlary. Radikal olaryň birini alandan soň, lipide kislorod goşulýar, lipid peroksil radikaly emele gelýär we şol radikal indiki lipidden wodorod alýar. Bir zat ony duruzmasa, reaksiýa membrana boýunça ýaýraýar.

Esasy duruzyjy mehanizm GPX4 atly fermentdir. Ol lipid peroksidlerini zyýansyz lipid spirtlerine çenli gaýtarmak üçin glutationy ulanýar. Laboratoriýada ulanylýan ferroptoz dörediji maddalar bu goraga belli nokatlarda täsir edýär. Erastin xc-minus ulgamy arkaly sistiniň öýjüge daşalmagyny böwetleýär, bu bolsa öýjügi glutation sintezi üçin zerur sisteinden mahrum edýär. Butionin sulfoksimin glutation sintezini gönüden-göni böwetleýär. RSL3 bolsa GPX4-iň öz işjeňligini basýar. Üçüsi hem peroksidleriň aýrylman galmagyna getirýär, ýöne muny dürli tapgyrlarda edýär. Şonuň üçin bir dörediji bilen alnan netije beýlekilere awtomatik degişli däldir.

Ferroptoz özüni kesgitleýän aýratynlyklary boýunça apoptozdan tapawutlanýar. Onda kaspaza kaskady hem, apoptotik bedenjikler hem ýok. Deferoksamin ýaly demir helatorlary we ferrostatin-1 ýaly radikallary tutujy maddalar ony basýar. Gözlegçiler öýjük ölümini diňe nekrotik däl-de, ferroptotik diýip kesgitlemek üçin şu amaly barlagy ulanýarlar. Düzgünleşdirilýän öýjük ölüm ýollarynyň has giň gerimi bu tapawuda düşünmäge kömek edýär, öýjükleriň labil demir bilen nähili işleşýändigi bolsa helatlaşdyrmagyň näme üçin şeýle aýgytlaýjy gözegçilikdigini düşündirýär.

Mitohondriýalaryň orny we onuň näme üçin jedelli bolandygy

Irki işlerde mitohondrial DNK-sy bolmadyk öýjükleriň hem ferroptoza sezewar bolýandygy habar berildi. Bu mitohondriýalaryň hökmany däldigini görkezýärdi. Soňky işlerde mitohondriýalaryň sanyny azaltmagyň ýa-da dem alşy böwetlemegiň sistein ýetmezçiliginden döreýän ferroptozy basyp bilýändigi, ýöne GPX4-iň gönüden-göni basylmagy sebäpli döreýän ferroptozy basmaýandygy ýüze çykaryldy. Mitohondriýalaryň goşandy dörediji täsire, öýjük görnüşine we aýgytlaýjy peroksidlenmäniň nirede bolup geçýändigine bagly bolsa, iki netije hem dogry bolup biler.

Bu makalanyň esasyny düzýän barlag jedeli öýjügiň belli bölümine mahsus zond bilen öwrenmäge çemeleşdi. MitoCLox — lipidleriň peroksidlenmegini görkezýän indikatoryň mitohondriýalara gönükdirilen görnüşidir: ol mitohondriýalaryň içindäki lipid peroksil radikallaryna duşanda flýuoressensiýasyny üýtgedýär. Erastin bilen işlenen fibroblastlarda mitohondrial zonduň oksidlenmegi heniz diri öýjüklerde, olaryň ölüminden öň ýüze çykdy we öýjük toparynyň içinde birmeňzeş däldi. Bu wagt yzygiderliligi möhümdir. Ölümden öň ýüze çykýan peroksidlenme onuň sebäbi bolup biler. Diňe ölen öýjüklerde ölçenen peroksidlenme bolsa galan galyndylary görkezýär. Lipidleriň peroksidlenmesini barlamak usullary we her zonduň nämäni görkezýändigi baradaky goşmaça gollanma zonduň ýerleşýän ýeriniň signalyň manysyny näme üçin kesgitleýändigini düşündirýär.

Şol bir nusga ikinji modelde hem ýüze çykdy. Leberiň nesle geçýän optiki newropatiýasy bolan näsagdan alnan, I toplumda mutasiýasy we başlangyç oksidatiw stres derejesi has ýokary bolan fibroblastlar glutation azaldylanda ferroptoz arkaly öldi, gözegçilik fibroblastlary bolsa garşylyk görkezdi. Mitohondrial zonduň oksidlenmegi ýene-de ilki ýüze çykdy. Jikme-jiklikler ferroptozda mitohondrial lipidleriň peroksidlenmegi boýunça fibroblast barlagynda berilýär.

Bu synaglarda metilen gögi nämäni üýtgetdi

Metilen gögi oksidlenme-gaýtarylma daşaýjysydyr. Onuň oksidlenen görnüşi I toplumda NADH bilen baglanyşykly himiki proseslerden elektronlary kabul edýär, gaýtarylan görnüşi bolsa olary IV topluma geçirýän sitohrom c-ä berýär. Bu, zynjyryň elektronlaryň adatça kisloroda syzyp, superoksid emele getirýän bölegini bölekleýin aýlanyp geçýän ýol döredýär. Elektronlaryň geçirilişiniň doly görnüşini bilmek isleýän okyjylar metilen gögüniň elektronlary mitohondriýalarda nähili geçirýändiginden başlamaly.

Erastin bilen işlenen öýken fibroblastlarynda 250 nanomolar metilen gögi, mitohondriýalara gönükdirilen SkQ1 we MitoTEMPO antioksidantlary bilen bir hatarda, öýjükleriň diri galmagyny ölçän synagda ýaşaýşa ukyplylygy saklady. Gözegçilik synaglary netijäniň manysyny kesgitleýär. Ferrostatin-1, alfa-tokoferol we deferoksamin hem gorady, bu bolsa ölümiň ferroptotik bolandygyny tassyklaýar. Antioksidant topary bolmadyk SkQ1 analogy goramady. Bu, aýratyn däl toplanmadan däl-de, oksidlenme-gaýtarylma himiýasyndan gelip çykýan täsiri görkezýär. SkQ1 konsentrasiýasy takmynan 200 nanomolar-dan ýokary bolanda gorag gowşady. Bu hinon antioksidantlarynyň has ýokary mukdarda belli bolan prooksidant häsiýetine laýyk gelýär. Metilen gögüniň hem doza bagly iki taraply häsiýeti bar: bu ösdürme gaplarynda pes nanomolar derejelerde goraýar, emma has ýokary derejelere ýetirilende ýa-da güýçli ýagtylyk düşürilende oksidlenme-gaýtarylma siklleri arkaly wodorod peroksidini döredip bilýär. Doza bagly şu hili şertler mitohondriýalardaky reaktiw kislorod görnüşleri baradaky makalada düşündirilýär.

Soňra bölünip alnan mitohondriýalar bilen geçirilen synaglar ROS çeşmelerini biri-birinden tapawutlandyrdy. Iki walentli demir bar wagtynda I toplumy iýmitlendirýän substratlar bilen rotenon zonduň oksidlenmegini güýçlendirdi. Rotenon flawin merkezinden soňky bölegi böwetleýär, şonuň üçin onuň öňündäki daşaýjylar gaýtarylan ýagdaýda galýar we matriksa tarap ýüzlenen flawinden elektronlar kisloroda syzýar. III toplumy iýmitlendirýän substratlar bilen antimisin A köp mukdarda wodorod peroksidini döretdi, emma lipidleriň peroksidlenmegine getirmedi. Umumy ROS signaly birmeňzeş, ýöne ýerleşýän ýeri başga, netijesi hem başga. SkQ1 we metilen gögi hersi wodorod peroksidiniň öndürilmegini basmazdan, I toplumyň döredýän peroksidlenmesini basdy. Bu olaryň täsiriniň ROS emele gelenden soň, lipidleriň peroksidlenme tapgyrynda bolýandygyny görkezýär.

Demriň aşa ýüklenmegi boýunça bölüm we lipofussin alamaty

Ikinji barlag bu soragy demir tarapyndan öwrenmäge çemeleşdi. Submillimolar konsentrasiýadaky üç walentli demir ammoniý sitratynyň täsirine sezewar edilen H9c2 kardiomiositlerinde mitohondrial ROS, mitohondrial lipidleriň peroksidlenmegi, soňra ferroptoz ýüze çykdy. Ondan soň 24 sagadyň dowamynda lipofussine meňzeş pigment toplandy. Lipofussin — ýaş artdygyça ýygnanýan, oksidlenen lipidleriň we beloklaryň öz-özünden flýuoressensiýa berýän, demir saklaýan galyndysydyr. Onuň bu ýerde çalt ýüze çykmagy demriň döredýän ýiti peroksidlenmesini garramagyň nusgawy markeri bilen baglanyşdyrýar. Nanomolar metilen gögi we SkQ1 hersi peroksidlenmäniň, ölümiň we pigmentiň toplanmagynyň öňüni aldy. Bölünip alnan ýürek mitohondriýalary bu nusgany tassyklady: rotenon bilen iki walentli demir peroksidlenmäni we pigmente meňzeş signaly döretdi, iki madda hem muny böwetledi. Tutuş yzygiderlilik H9c2 kardiomiositlerinde demriň aşa ýüklenmegi boýunça barlagda beýan edilýär. Bu hadysanyň pigment bilen bagly tarapy lipofussin we öýjük garramagynyň markerleri bilen bilelikde seredilmelidir.

Öýjükleriň diri galmagyny barlaýan synaglar nämäni görkezmeýär

CellTiterBlue ýaly ýaşaýşa ukyplylyk ölçegi dörediji täsir we gorap biljek madda ulanylandan soň gapdaky näçe öýjügiň metabolik taýdan işjeň galýandygyny görkezýär. Bu kesgitlenen ulgamda mehanizmiň barlagydyr. Ol bejerginiň netijesi däldir. Bu synaglaryň hiç birinde näsaga doza berilmedi, keseliň ahyrky görkezijisi ölçenmedi ýa-da beden üçin terapewtik aralyk kesgitlenmedi.

Dört çäklendirmäni açyk aýtmak gerek. Birinjiden, öýjük görnüşleri çäklidir: transformirlenen öýken fibroblastlary, bir mitohondrial kesel liniýasyny hem öz içine alýan ilkinji deri fibroblastlary, syçanyň kardiomiosit liniýasy we bölünip alnan syçan ýürek mitohondriýalary. Duýgurlyk liniýa görä üýtgedi, LHON liniýasy bolsa barlagyň saýlanyşyna görä adatdan daşary gowşakdy. Ikinjiden, dörediji täsirler laboratoriýadaky aşa şertlerdir: daşalmagyň ýa-da sinteziň doly böwetlenmegi we hiç bir dokumanyň gysga wagtda duçar bolmajak demir ýükleri. Üçünjiden, konsentrasiýany köpeltmek arkaly adamyň dozasyny çykaryp bolmaýar. Ösdürme gurşawyndaky nanomolar konsentrasiýa adamyň dozasy däldir. Gapdaky synagdan adama geçilende metilen gögüniň bedende paýlanmagy, ganda we dokumada reňksiz görnüşine gaýtarylmagy, ýagtylygyň täsiri we membrana potensialy ýaly faktorlar arada durýar. Dördünjiden, zondlar diňe öz ýerleşýän bölümindäki ýagdaýy görkezýär. MitoCLox-yň oksidlenmegi mitohondrial lipid radikallarynyň emele gelendigini görkezýär; ol ahyrky hadysa bolmagy ähtimal plazma membranasynyň ýarylmagynyň gönüden-göni öňüniň alnandygyny ýa-da has irki tapgyrdaky täsir arkaly ondan gaça durulandygyny görkezmeýär.

Şonuň üçin esasly netije şudur: bu modellerde I toplumdan gelip çykýan ROS demir bilen bilelikde ferroptozdan öň ýüze çykýan mitohondrial lipidleriň peroksidlenmegine getirýär, pes konsentrasiýadaky metilen gögi bolsa şol bölegi kesýär. Şol bölekden has giň netijeler üçin ilki haýwanlarda, soňra adamlarda başga synaglar gerek.