Метилен зәңгәре, Nrf2 һәм митохондрияләр биогенезына аңлатма

Метилен зәңгәре турында язмаларда бер җөмлә еш очрый: ул Nrf2не активлаштыра һәм яңа митохондрияләр төзи. Бу җөмлә бер раслау кебек яңгырый, ләкин анда төрле системаларда өйрәнелгән һәм төрле дәлилләргә нигезләнгән ике төшенчә бар. Беренчесе — сигнал юлы, саклану геннарын кабызучы сенсор. Икенчесе — төзелеш программасы, ягъни күзәнәкнең митохондрия аппаратын арттыруы. Сигнал төзелешне башлап җибәрә ала, әмма сигналның эшләгәнен күрсәтү төзелешнең тәмамланганын күрсәтү белән бер түгел; төзелеш материалының күбрәк булуы да энергия белән тәэмин итүнең яхшырганын аңлатмый. Бу мәкалә әлеге өч нәрсәне аерып карый.

Nrf2 төшенчәсе: калкан түгел, сенсор

Nrf2 (эритроид 2 төш факторы белән бәйле фактор 2) — транскрипция факторы, ягъни геннарны кабызу вазифасын үтәүче аксым. Тыныч шартларда аны цитоплазмада Keap1 дип аталган сенсор аксым тотып тора һәм өзлексез таркату өчен күзәнәкнең утильләштерү аппаратына тапшыра. Оксидантлар яки электрофиллар Keap1дагы реакциягә сәләтле цистеиннарны үзгәрткәндә, утильләштерү туктый. Яңа барлыкка килгән Nrf2 туплана, төшкә күчә, кечкенә Maf аксымнары белән парлаша һәм антиоксидант җавап элементлары дип аталган ДНК эзлеклелекләренә бәйләнә. Бу бәйләнү саклану геннарының тулы бер төркемен кабыза.

Бу юлның каноник күрсәткечләре конкрет. NQO1 (NAD(P)H хинон дегидрогеназасы 1) һәм TrxR1 (тиоредоксин редуктазасы 1) — Nrf2нең иң ышанычлы максат геннары арасында. HO-1 (гем оксигеназасы-1) көчле индукцияләнә, ләкин башка көйләүчеләргә дә җавап бирә. SOD һәм каталаза кебек ферментлар антиоксидант аппаратына керә, әмма аларның дәрәҗәләрен күп кенә транскрипция факторлары контрольдә тота. Шуңа күрә SOD артуы гына моңа Nrf2 сәбәп булганын расламый. Сигнал вакыйгасына иң якын дәлилләр — төштә Nrf2 туплануы, ARE репортерының активлашуы яки Nrf2 алып ташланганда юкка чыга торган каноник максатлар индукциясе. Калганнары — оксидантлар дәрәҗәсенең кимүе, стресс шартларында яхшырак исән калу, глутатионның артуы — күп төрле юллар китереп чыгара алган соңгырак эффектлар.

Бу тарихта метилен зәңгәренә кагылышлы иң иртә нәтиҗә әлеге шкаланың сигналга якын очына туры килә. Наномоляр концентрациядәге метилен зәңгәре тәэсиренә дучар ителгән фибробластларда картаю тоткарланган; моның белән бергә IV комплекс күләме һәм кислород куллану арткан, шулай ук 2-фаза ферментлары TrxR1 һәм NQO1 индукцияләнгән. Бу хакта метилен зәңгәрен митохондрияләр эшчәнлегенең көчәюе һәм күзәнәкләр картаюының тоткарлануы белән беренче тапкыр бәйләгән тикшеренүдә хәбәр ителгән. TrxR1 һәм NQO1 — игътибарлы укучы күрергә теләгән нәкъ шул каноник Nrf2 максатлары. Әмма тикшеренү сигнал вакыйгасының үзен күрсәтмәгән: төштәге Nrf2 үлчәнмәгән, ARE репортеры кулланылмаган, Nrf2 нокауты белән контроль үткәрелмәгән. Шуңа күрә намуслы аңлатма шундый: бу системада метилен зәңгәре билгеле Nrf2 максат геннарын индукцияли; бу Nrf2 активлашуы белән яраша, ләкин Nrf2не аерым сәбәп итеп билгеләми. Максат генның индукциясе кабызгычтан бер адым соңрак тора.

Биогенез төшенчәсе: өч тикшерү ноктасы булган программа

Митохондрияләр биогенезы — күзәнәкнең митохондрия мөмкинлекләрен арттыру программасы. Дәреслекләрдә тасвирланган иерархиясе өч тикшерү ноктасы аша үтә. Башта PGC-1alpha коактиваторы программаны кабыза. Аннары төш транскрипция факторлары митохондрия геннарының экспрессиясен көчәйтә; алар арасында митохондрия ДНКсын саклаучы һәм күчермәләрен ясаучы TFAM да бар. Бу факторларның берсе, буталчык тудырырлык итеп, NRF1 — төш сулыш факторы 1 — дип аталган; ул Nrf2дән башка аксым. Өченче этапта күзәнәкнең митохондрия геномнары һәм сулыш аппараты арта; моны mtDNA күчермәләре саны, цитратсинтаза активлыгы яки сулыш комплексларының күләме һәм активлыгы аша үлчәргә мөмкин.

Һәр тикшерү ноктасы алдагысыннан көчсезрәк яки көчлерәк раслауга нигез бирә. PGC-1alpha яки TFAM мәгълүмати РНКсының артуы программаны эшләтүгә сорау бирелгәнен күрсәтә, әмма аның тәмамланганын түгел. mtDNA яки IV комплекс аксымының күбәюе материалның артканын күрсәтә, ләкин яңадан корылган митохондрияләр дә шулай күренергә мөмкин. Сулышның яхшыруы, кислород куллануның яки комплекс активлыгының артуы функция үзгәргәнен күрсәтә, әмма функция бер генә яңа митохондрия барлыкка килмичә дә яхшыра ала. Биогенез турында көчле раслау өчесен дә берләштерә: көйләүчене, эчтәлекне һәм функцияне.

Фибробластларны өйрәнүнең дәвамы бу чылбырның күпчелек өлешен күзәткән. 100 наномоляр метилен зәңгәре белән эшкәртелгән кеше IMR90 күзәнәкләрендә NADның NADHка нисбәте 15 минут эчендә вакытлыча күтәрелгән һәм бер тәүлек эчендә башлангыч дәрәҗәгә кайткан. Бу вакытлыча энергия сигналыннан соң AMPK энергия сенсорының вакытлыча фосфорлануы, аннары PGC-1alpha һәм эшләүче IV комплексны җыю өчен кирәкле SURF1 аксымының индукциясе күзәтелгән. IV комплекс активлыгы якынча ике тапкырга арткан, күзәнәктәге оксидантлар якынча 28 процентка кимегән, ә теломерлар акрынрак кыскарган. Тулы эзлеклелек метилен зәңгәренең оксидлашу-кайтарылу активлыгын AMPK һәм митохондрияләр биогенезы белән бәйләүче мәкаләдә бәян ителгән.

Бу мәкаләдәге ике деталь игътибарга лаек, чөнки нәкъ шундый детальләр еш кына төшеп кала. Беренчедән, активлашуның булуыннан бигрәк аның рәвеше әһәмиятле булган: метилен зәңгәре AMPKны вакытлыча кабызган, ә чагыштыру препараты AICAR аны даими кабызган; вакытлыча активлаштыручы картаюны якынча сигез тапкырга нәтиҗәлерәк тоткарлаган. Шуңа күрә «метилен зәңгәре AMPKны активлаштыра» дигән раслау тулы түгел; төп раслау — аның AMPKны вакытлыча активлаштыруы, ә чагыштыру даими активлашуның шул ук нәтиҗәне бирмәвен күрсәтә. Икенчедән, метилен зәңгәре күзәнәк циклын үзгәртмәгән. Бу иң гади альтернатив аңлатманы — күзәнәкләр бары тик акрынрак бүленеп, шуңа яшьрәк күренгән дигән фаразны — кире кага.

Тычканнардагы юнәлеш: үз-үзләрен тотыш, геномнар һәм аңлы рәвештә парадоксаль башлангыч этәргеч

Күзәнәк культураларындагы эшне урта яшьтәге тычканнарны өйрәнүче төркем хайваннарга күчергән. Метилен зәңгәрен авыз аша 60 көн алган тычканнар, аны алмаган олы яшьтәге тычканнар белән чагыштырганда, физик чыдамлыкларын һәм тирәлекне тикшерү тәртибен яхшырак саклаган, борчылуга охшаш тәртипне азрак күрсәткән. Баш мие тукымасында картаю баскан геннарның — NRF1, TFAM, SOD2 һәм IV комплексның COX1 субберәмлегенең — экспрессиясе җитлеккән яшьтәге дәрәҗәләргә таба кайтарылган, ә mtDNA күчермәләре саны арткан. Үз-үзләрен тотышны, көйләүчене һәм геном күләмен берләштергән бу нәтиҗәләр урта яшьтәге тычканнарда метилен зәңгәре һәм баш мие митохондрияләренең биогенезы турындагы тикшеренүдә хәбәр ителгән.

Фаразланган башлангыч этәргеч аеруча кызыклы, чөнки ул метилен зәңгәрен антиоксидант дип кенә аңлатучы гади карашка каршы килә. Метилен зәңгәре алган тычканнарның баш мие митохондрияләрендә кислородның реактив формалары, аерым алганда водород пероксиды, күбрәк барлыкка килгән. Авторларның фаразы буенча, нәкъ җиңел пероксид сигналы Nrf2 юлын активлаштыра, ә ул аннары биогенез программасын эшләтә. Бу модельдә метилен зәңгәре башлангыч этапта прооксидант, ә нәтиҗә этабында антиоксидант булып эшли. Фармакологлар мондый күренешне гормезис дип атый: кечкенә стресс үзеннән зуррак саклану җавабын тудыра. Пероксид артуы чыннан да Nrf2 активлашуына китерәме — бу турыдан-туры тикшерелмәгән; ул үлчәнгән бәйләнеш түгел, ә фаразланган күпер.

Шул ук төркемнең янәшә тикшеренүе бу фаразның иминлек ягын сынаган. Аерып алынган баш мие митохондрияләрендә метилен зәңгәре водород пероксиды җитештерүне 50 наномоляр кебек түбән концентрациядә үк арттырган, ләкин терапевтик концентрацияләр митохондрия ДНКсына ачыклап була торган зыян китермәгән. Терапевтик дәрәҗәләрдән күпкә югары булган 100 микромоляр концентрациядә генә аерым mtDNA фрагментларында зыян күзәтелгән. Ә 20 микромоляр буяуны кызыл яктылык белән берләштерү mtDNAга киң күләмдә зыян китергән синглет кислород тудырган; бу — аның караңгыдагы фармакологиясе түгел, ә буяуның билгеле фотосенсибилизатор буларак үз-үзен тотышы. Алдан эшкәртү хәтта урта миенең вентраль өлешендәге митохондрияләрне ротенон китереп чыгарган mtDNA зарарлануыннан саклаган. Дозага бәйле җавап һәм генотоксиклыкны контрольдә тоту сынаулары метилен зәңгәренең генотоксик булмаган пероксид җитештерүе турындагы тикшеренүдә җентекләп тасвирланган.

Үлчәнгән һәм фаразланган: схеманы уку

Түбәндәге юл схемасы текстта ясалган аерманы ачык саклау өчен махсус бу мәкаләгә төзелде. Тоташ чикле блоклар метилен зәңгәре турындагы фәнни әдәбиятта турыдан-туры тәҗрибә дәлилләре булган этапларны күрсәтә: NAD/NADH нисбәтен үзгәртүче оксидлашу-кайтарылу циклы, AMPKның вакытлыча фосфорлануы, PGC-1alpha һәм SURF1 индукциясе, IV комплекс активлыгының артуы, NQO1 һәм TrxR1 индукциясе, тычкан баш миендә биогенез геннары экспрессиясенең һәм mtDNA күчермәләре санының торгызылуы, шулай ук терапевтик дозаларда mtDNAга зыян китермичә пероксидның артуы. Өзек чикле блоклар фаразланган бәйләнешләрне күрсәтә: Keap1ның пероксид сигналын сизүе, төштә Nrf2 туплануының саклану геннарын эшләтүе һәм Nrf2 активлашуыннан биогенез программасына таба сәбәп-нәтиҗә укы. Бу өзек сызыклы этаплар нигезле, мәгълүматларга туры килә һәм дәреслек биологиясенә хас, ләкин әлеге мәкаләләрдә аларны тоташ чикле блок дәрәҗәсенә күтәрерлек контрольләр — төштәге Nrf2, ARE репортерлары, Nrf2 нокауты — белән үлчәмәгәннәр.

Схема күз алдыгызда булгач, өч буталчык ачыклана. Беренчедән, NRF1 һәм Nrf2 — исемнәре бик охшаш булган төрле аксымнар; тычканнардагы тикшеренү антиоксидант транскрипция факторын түгел, ә биогенез көйләүчесе булган төш сулыш факторы 1не үлчәгән. Аларны бер итеп карау бөтен схеманы бер генә төенгә китереп калдыра. Икенчедән, ген экспрессиясе — тарихның ахыры түгел, башы; TFAM яки COX1 мәгълүмати РНКларының торгызылуы биогенезны эшләтүгә сорауны хуплый, ә mtDNA күчермәләре саны һәм IV комплекс активлыгы бу сорауның үтәлгәненә дәлил булып тора. Өченчедән, антиоксидант нәтиҗә Nrf2 юлын расламый; фибробластларда оксидантларның 28 процентка кимүе һәм тычканнарда ротеноннан саклану — чыннан да булган соңгырак эффектлар, ләкин аларга берничә юл китерә ала.

Өзек чикле блокны нәрсә тоташ чиклегә әйләндерер иде

Җитмәгән тәҗрибәләр — стандарт тәҗрибәләр. Метилен зәңгәре тәэсиреннән соң төштәге Nrf2 аксымын, AMPKның вакытлыча сигналына туры китерелгән вакыт нокталары буенча үлчәү, синхрон активлашу гипотезасы раслаганча, ике тармакның чыннан да бергә эшли башлавын тикшерер иде. ARE идарәсендәге репортер транскрипция активлыгын максат геннардан чыгып фаразлау урынына аны раслар иде. Nrf2 экспрессиясе киметелгәндә яки ген тулысынча сүндерелгәндә биогенез күрсәткечләрен кабат үлчәү сәбәп-нәтиҗә укын турыдан-туры тикшерер иде: әгәр IV комплекс индукциясе һәм mtDNA артуы Nrf2 булмаса да сакланса, күпер дөрес түгел һәм эффектны AMPK тармагы гына тәэмин итә. Хайваннарда шул ук өч тикшерү ноктасын — көйләүчене, эчтәлекне, функцияне — кулланган озак вакытлы дозалау тикшеренүе программаның эшләвен дәвам итүен яки җайлашуын тикшерер иде. Әлегә энергия һәм саклану юлларының синхрон активлашуы авторлар аны ничек атаган булса, шулай кала: расланган механизм түгел, ә мөмкин булган төп фактор.

Киңрәк фармакологиядән килгән укучыларга янәшә контекст кирәк булырга мөмкин: метилен зәңгәренең митохондрия дәрәҗәсендә электроннарны ничек күчерүе, митохондрияләргә һәм күзәнәк энергиясенә тагын нинди йогынты ясавы, күзәнәкләр картаюына кагылышлы нәтиҗәләрнең картаю тикшеренүләрендә нинди урын тотуы, биогенез турындагы раслауларның танып белү эшчәнлеге белән ничек бәйләнүе һәм дозалау турында һәр фикер алышуга чик куючы иминлек мәгълүматлары. Боларның һәркайсы — үз дәлилләре булган аерым төшенчә, һәм һәркайсы бу мәкалә Nrf2гә карата кулланган кебек үк, үлчәнгәнне фаразланганнан аерып карауга лаек.