Метилен зәңгәре һәм ферроптоз: липидларның пероксидлы оксидлашу механизмы

Ферроптоз — мембрана зарарлану аркасында күзәнәкнең үлүе. Мембраналардагы политуенмаган майлар чылбырлы реакциядә оксидлаша, мембрана үз вазифасын башкара алмый башлый һәм күзәнәк үлә. Бу химик процесс өчен тимер кирәк. Әлеге җөмлә бөтен төшенчәне аңлата, ә бу мәкаләдәге һәр тәҗрибә аның бер өлешен тикшерә.

Мондагы сорау таррак: күзәнәк тәҗрибәләрендә метилен зәңгәре бу чылбырга ничек тәэсир итә һәм нәтиҗә чынлыкта нәрсәне күрсәтә? Кыска җавап: ике лаборатория тикшеренүендә наномоляр концентрациядәге метилен зәңгәре митохондриаль липидларның пероксидлы оксидлашуын киметкән һәм гадәттә ферроптоз китереп чыгара торган этәргечләрдән соң күзәнәкләрне исән калдырган. Җентекле җавап мөһимрәк, чөнки чылбырның һәр буыны төрле йогынты ярдәмендә тикшерелгән, һәм һәр йогынтының үз чикләре бар.

Ферроптоз бер абзацта

Политуенмаган май кислотасы койрыгы булган мембрана фосфолипидының зәгыйфь урыны бар: аннан җиңел генә тартып алырга мөмкин булган водород атомнары. Радикал шундый атомның берсен тартып алгач, липидка кислород кушыла, липид пероксил радикалы барлыкка килә һәм ул киләсе липидтан водород атомын тартып ала. Берәр нәрсә туктатмаса, реакция мембрана буйлап тарала.

Төп туктатучы фактор — GPX4 дип аталган фермент. Ул глутатион ярдәмендә липид пероксидларын зарарсыз липид спиртларына кадәр кайтара. Лабораториядә кулланыла торган этәргечләр бу саклану системасының билгеле нокталарына тәэсир итә. Эрастин xc-minus системасы аша цистин керүен тоткарлый, нәтиҗәдә күзәнәккә глутатион синтезлау өчен цистеин җитми. Бутионин сульфоксимин глутатион синтезын турыдан-туры тоткарлый. RSL3 GPX4нең үзен ингибирлый. Өчесе дә пероксидларның бетерелми калуына китерә, ләкин төрле этапларда тәэсир итә. Шуңа күрә бер этәргеч белән алынган нәтиҗәне башкаларына автоматик рәвештә күчереп булмый.

Ферроптоз аны билгеләүче үзлекләре белән апоптоздан аерыла. Анда каспазалар каскады да, апоптоз тәнчекләре дә юк. Дефероксамин кебек тимер хелаторлары һәм ферростатин-1 кебек радикалларны тотучы матдәләр аны баса. Тикшеренүчеләр күзәнәк үлемен гади некроз түгел, ә ферроптоз дип атау өчен нәкъ шушы практик критерийны куллана. Көйләнә торган күзәнәк үлеме юлларының киңрәк картинасы бу аерманы контекстка куя, ә күзәнәкләрнең лабиль тимер белән ничек эш итүе хелатлауның ни өчен шулкадәр хәлиткеч контроль чарасы булуын аңлата.

Митохондрияләрнең урыны һәм ни өчен бу бәхәс тудырган

Баштагы эшләрдә митохондриаль ДНКсы булмаган күзәнәкләрнең дә ферроптоз кичерүе хәбәр ителгән. Бу митохондрияләрнең мәҗбүри булмавын күрсәткән. Соңрак митохондрияләр санын киметү яки сулыш алуны блоклау цистеин җитмәүдән килеп чыккан ферроптозны баса алуы, ләкин GPX4не турыдан-туры ингибирлау аркасында килеп чыкканын басмавы ачыкланган. Митохондрияләрнең өлеше этәргечкә, күзәнәк төренә һәм хәлиткеч пероксидлы оксидлашуның кайда булуына бәйле булса, ике нәтиҗә дә дөрес була ала.

Бу мәкаләнең нигезен тәшкил иткән тикшеренү бәхәсне билгеле бер күзәнәк бүлеменә юнәлтелгән зонд ярдәмендә караган. MitoCLox — липидларның пероксидлы оксидлашуын күрсәтүче индикаторның митохондрияләргә юнәлтелгән варианты: митохондрияләр эчендә липид пероксил радикаллары белән очрашкач, аның флуоресценциясе үзгәрә. Эрастин белән эшкәртелгән фибробластларда митохондриаль зондның оксидлашуы әле тере күзәнәкләрдә, алар үлгәнче күренгән һәм күзәнәкләр төркеме буенча бертөрле булмаган. Бу вакыт тәртибе мөһим. Үлемгә кадәр булган пероксидлы оксидлашу аның сәбәбе булырга мөмкин. Үле күзәнәкләрдә генә үлчәнгән пероксидлы оксидлашу исә — инде җимерелү калдыклары. Липидларның пероксидлы оксидлашуын тикшерү ысуллары һәм һәр зондның нәрсә күрсәтүе турындагы өстәмә кулланма зондның урнашуы сигнал мәгънәсен ни өчен билгеләвен аңлата.

Шул ук күренеш икенче модельдә дә күзәтелгән. Леберның нәселдән килә торган оптик нейропатиясе булган пациенттан алынган фибробластларда I комплекс мутациясе һәм башлангыч оксидатив стрессның югарырак дәрәҗәсе булган. Глутатион киметелгәч, алар ферроптоздан үлгән, ә контроль фибробластлар моңа каршы торган. Митохондриаль зондның оксидлашуы монда да беренче булып күзәтелгән. Тулырак мәгълүмат ферроптоз вакытында митохондриаль липидларның пероксидлы оксидлашуын фибробластларда тикшерүдә бирелгән.

Бу тәҗрибәләрдә метилен зәңгәре нәрсәне үзгәрткән

Метилен зәңгәре — оксидлашу-кайтарылу процессларында катнашучы ташучы. Аның оксидлашкан формасы I комплекстагы NADH белән бәйле реакцияләрдән электроннар кабул итә, ә кайтарылган формасы аларны IV комплекска тапшыручы цитохром cга бирә. Бу чылбырның электроннар гадәттә кислородка чыгып, супероксид барлыкка китерә торган өлешен өлешчә әйләнеп үтү юлын булдыра. Электроннарны тапшыруның тулы картинасын аңларга теләгән укучыларга метилен зәңгәренең электроннарны митохондрияләр аша ничек күчерүе турындагы материалдан башларга кирәк.

Эрастин белән эшкәртелгән үпкә фибробластларында 250 наномоляр концентрациядәге метилен зәңгәре, митохондрияләргә юнәлтелгән SkQ1 һәм MitoTEMPO антиоксидантлары белән беррәттән, күзәнәкләрнең исән калуын бәяләү тестында яшәү сәләтен саклаган. Нәтиҗәнең мәгънәсен контроль тәҗрибәләр билгели. Ферростатин-1, альфа-токоферол һәм дефероксамин да саклаган; бу үлемнең ферроптозлы булуын раслый. Антиоксидант төркеме булмаган SkQ1 аналогы сакламаган, бу исә махсус булмаган туплануга түгел, ә оксидлашу-кайтарылу химиясенә күрсәтә. SkQ1 концентрациясе якынча 200 наномолярдан арткач, саклау тәэсире кимегән. Бу хинон антиоксидантларының югарырак күләмдә билгеле прооксидант тәртибенә туры килә. Метилен зәңгәренең дозага бәйле тәртибе дә шулай ике яклы: бу культура савытларында түбән наномоляр дәрәҗәләрдә ул саклый, ә концентрациясе арттырылганда яки көчле яктыртылганда оксидлашу-кайтарылу цикллары аша водород пероксиды барлыкка китерә ала. Мондый доза контексты митохондрияләрдә кислородның реактив формалары турындагы материалда карала.

Аннары аерып алынган митохондрияләрдәге тәҗрибәләр ROS чыганакларын аерган. Ике валентлы тимер булганда, I комплекска электроннар бирүче субстратлар ротенон белән бергә зондның оксидлашуын көчәйткән. Ротенон электроннар күчүен флавин участогыннан соң блоклый. Шуңа күрә алдагы ташучылар кайтарылган хәлдә кала һәм матрикска караган флавиннан электроннар кислородка чыга. III комплекска электроннар бирүче субстратлар антимицин A белән бергә күп водород пероксиды барлыкка китергән, ләкин липидларның пероксидлы оксидлашуын китереп чыгармаган. Гомуми ROS сигналы бер үк, урыны башка, нәтиҗәсе башка. SkQ1 да, метилен зәңгәре дә I комплекс китереп чыгарган пероксидлы оксидлашуны баскан, әмма водород пероксиды барлыкка килүен басмаган. Бу аларның ROS барлыкка килгәннән соң, липидларның пероксидлы оксидлашу этабында тәэсир итүен күрсәтә.

Тимер артыклыгы юнәлеше һәм липофусцин биргән ишарә

Икенче тикшеренү сорауга тимер ягыннан караган. Субмиллимоляр концентрациядәге өч валентлы тимер-аммоний цитраты тәэсиренә дучар ителгән H9c2 кардиомиоцитларында башта митохондриаль ROS, аннары митохондриаль липидларның пероксидлы оксидлашуы, соңыннан ферроптоз күзәтелгән; болардан соң 24 сәгать эчендә липофусцинга охшаш пигмент тупланган. Липофусцин — оксидлашкан липидлар һәм аксымнарның тимерле, автофлуоресценция бирүче калдыгы; ул яшь барган саен туплана. Аның биредә тиз барлыкка килүе тимер этәргеч биргән кискен пероксидлы оксидлашуны картаюның классик маркеры белән бәйли. Наномоляр концентрациядәге метилен зәңгәре дә, SkQ1 да пероксидлы оксидлашуны, үлемне һәм пигмент туплануын булдырмаган. Аерып алынган йөрәк митохондрияләре бу күренешне раслаган: ротенон белән ике валентлы тимер пероксидлы оксидлашуны һәм пигментка охшаш сигналны китереп чыгарган, ә ике матдә дә моны блоклаган. Тулы эзлеклелек H9c2 кардиомиоцитларында тимер артыклыгын тикшерүдә тасвирланган. Пигментка кагылышлы өлеш липофусцин һәм күзәнәк картаюы маркерлары темасы белән бәйле.

Күзәнәкләрнең исән калуын бәяләү тестлары нәрсәне күрсәтми

CellTiterBlue кебек яшәү сәләтен бәяләү тесты этәргеч һәм саклау өчен сынала торган матдә тәэсиреннән соң савыттагы күпме күзәнәкнең метаболик яктан актив калуын күрсәтә. Бу — билгеләнгән системада механизмны тикшерү. Ул дәвалау нәтиҗәсе түгел. Бу тәҗрибәләрнең берсендә дә пациентка доза бирелмәгән, авыруның нәтиҗә күрсәткече үлчәнмәгән һәм организмда терапевтик диапазон билгеләнмәгән.

Дүрт чикләүне ачык әйтергә кирәк. Беренчедән, күзәнәк төрләре аз: трансформацияләнгән үпкә фибробластлары, бер митохондриаль авыру линиясе дә кергән беренчел тире фибробластлары, күсе кардиомиоцитлары линиясе, шулай ук аерып алынган күсе йөрәге митохондрияләре. Сизгерлек линиягә карап үзгәргән, ә LHON линиясе тикшеренүгә нәкъ гадәттән тыш зәгыйфь булганы өчен кертелгән. Икенчедән, этәргечләр — лабораториядәге экстремаль шартлар: транспортны яки синтезны тулысынча блоклау һәм бернинди тукыма да кискен рәвештә дучар булмаслык тимер йөкләнеше. Өченчедән, концентрацияне гади тапкырлау юлы белән кеше дозасына әйләндереп булмый. Культура тирәлегендәге наномоляр концентрация кеше өчен доза түгел. Савыттагы тәҗрибә белән кеше арасында метилен зәңгәренең таралуы, кан һәм тукымаларда төссез формасына кадәр кайтарылуы, яктылык тәэсире һәм мембрана потенциалы кебек факторлар тора. Дүртенчедән, зондлар үзләре урнашкан бүлемдәге хәлне күрсәтә. MitoCLox оксидлашуы митохондриаль липид радикаллары барлыкка килгәнен күрсәтә; ләкин ул ихтимал соңгы вакыйга булган плазма мембранасының ярылуы алдагы этапларны туктату аша читләтеп үтелгәнме, әллә турыдан-туры булдырылмаганмы икәнен күрсәтми.

Шуңа күрә нигезле нәтиҗә болай: бу модельләрдә I комплекста барлыкка килгән ROS һәм тимер ферроптозга кадәр күзәтелә торган митохондриаль липидларның пероксидлы оксидлашуын китереп чыгара, ә түбән концентрациядәге метилен зәңгәре шул өлешне өзә. Бу өлештән тыш һәр нәтиҗә өчен башта хайваннарда, аннары кешеләрдә башка тәҗрибәләр кирәк.