Метилен зәңгәресе һәм прогерия: күзәнәк картаю моделеннән алынган сабаклар

Бер гендагы бер хәрефнең үзгәрүе балаларны коточкыч тизлек белән картайта. Чәч коелу, буыннарның катып калуы, артерияләрнең тараюы һәм яшүсмер елларына туры килгән көтелгән гомер озынлыгы. Бу авыру Хатчинсон–Гилфорд прогерия синдромы дип атала. Озак еллар дәвамында аны тикшерүләр мутант аксым зыян китерә торган урынга — ядрога — юнәлтелгән иде. Мэриленд университетында 2016 елда үткәрелгән тикшеренү башка сорау куйган: бу күзәнәкләрдә митохондрияләр нинди хәлдә? Җавап күзәнәкнең ике өлеше арасындагы бәйләнешне ачкан, ә йөз еллык тарихы булган зәңгәр буягыч аларның икесенә дә тәэсир иткән.

Бу — Сюн һәм хезмәттәшләренең 2016 елда Aging Cell журналында басылган тикшеренүе. Ул тулысынча культурада үстерелгән күзәнәкләрдә үткәрелгән. Түбәндәге барлык аңлатмаларның нигезендә шушы факт ята. Нәтиҗәләр чын һәм конкрет. Алар белән нинди дә булса дәвалау арасында булган ара да шул ук дәрәҗәдә ачык.

Модель: бер мутация, бер ябышучан аксым

Прогерия LMNA генының 1824 нче позициясендә C нуклеотидының T белән алышынуыннан башлана. Бу үзгәреш аминокислотаны үзгәртми. Ул яшерен сплайсинг урынын активлаштыра, нәтиҗәдә ламин A аксымыннан 50 аминокислота төшеп кала. Прогерин дип аталган кыскарган продукт гадәттә күзәнәккә аның фарнезил якорен алып ташларга мөмкинлек бирә торган киселү урынын югалта. Шуңа күрә прогерин даими рәвештә фарнезилланган килеш кала һәм ядроның эчке мембранасына ябыша. Ә гадәти ламин A анда чиратлап бәйләнә һәм аерыла.

Ядрода моның нәтиҗәләре яхшы документлаштырылган һәм микроскоп астында күренә. Ядролар, шома овал рәвешен саклау урынына, күпереп чыга һәм җыерчыклана. Гадәттә ядро кырыен каплап торган, тыгыз төрелгән һәм транскрипция ягыннан актив булмаган ДНК — гетерохроматин — сирәгәя. Меңләгән генның экспрессиясе үзгәрә. Ядро ламинасын обой артындагы каркас итеп күз алдына китерегез: каркасның бер өлеше дөрес булмаган урында эретеп беркетелсә, дивар кабара һәм бөтен бүлмә буйлап обой бизәге бозыла.

Тикшеренүдә прогерияле пациентларның тире фибробластлары, алар белән бер үк сандагы пассажлар аша үткән контроль күзәнәкләр һәм гадәти фибробластлар турыдан-туры прогерин җитештерерлек итеп үзгәртелгән икенче күзәнәк линиясе кулланылган. Үзгәртелгән күзәнәкләрдә дә шул ук кимчелекләр барлыкка килгән. Бу сәбәпнең пациентларның авыру тарихында яки культурада үткәрелгән вакытта түгел, ә прогеринда булуын күрсәтә. Кимчелекләрнең авырлыгы дозага бәйле булган: күбрәк прогерин җитештергән линиядә барлык күрсәткечләр буенча да кимчелекләр көчлерәк күзәтелгән.

Митохондрияләр нинди хәлдә булган

Сәламәт фибробластларның митохондрияләре ядро тирәсендә тармакланган челтәр төзи: озын көпшәләр цитоскелет юллары буйлап хәрәкәт итә. Прогерия линияләрендә бу челтәр юкка чыккан. Митохондрияләрнең күбрәк өлеше вак кисәкләргә бүленгән, күбесе шешкән булган. Электрон микроскопия җитди зарарланган органеллалар санының якынча ике тапкыр артуын күрсәткән. Вакыт аралыгы белән төшерелгән сурәтләрдә аларның контроль күзәнәкләрдәгегә караганда кыскарак арага һәм акрынрак хәрәкәт итүе күренгән.

Төзелештәге үзгәрешләр эшчәнлектә дә чагылган. Митохондрияләрдәге супероксид һәм бөтен күзәнәктәге оксидантлар дәрәҗәсе күтәрелгән. Мембрана потенциалы бозылган күзәнәкләр саны арткан. ATP җитештерү кимегән. Боларның берсе дә аерым алганда гаҗәп түгел: зарарланган митохондрияләрдән реактив кислород төрләре чыгып китә һәм алар азрак энергия җитештерә. Яңалык исә тәкъдим ителгән сәбәптә булган. NRF1, TFAM кебек түбәнге баскыч факторлар һәм кушылу-бүленү көйләгечләре MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 һәм DRP1 аша митохондрияләр биогенезын этәрүче транскрипция коактиваторы PGC-1alpha прогерия күзәнәкләрендә мРНК дәрәҗәсендә якынча сигез тапкыр кимегән. Аксым күләме дә шуңа туры килгәнчә төшкән. Прогерин митохондрияләрне төзү һәм саклау өчен җаваплы төп көйләгечне бастыра кебек булган. Ядро ламинасының зарарлануы белән энергия алмашы арасындагы бу бәйләнеш митохондрияләрдә энергия җитештерүнең киңрәк картинасын тәшкил итә. Шул ук балансның оксидантларга кагылышлы ягы оксидатив стресс һәм реактив кислород төрләрен (ROS) контрольдә тоту темасында карала.

Метилен зәңгәресе нәрсәне үзгәрткән

Тикшеренүчеләр күзәнәкләргә берничә атна дәвамында өзлексез рәвештә түбән концентрациядәге — 100 наномоляр — метилен зәңгәресе белән тәэсир иткән. Күзәнәк культурасы шартларында бу кыска вакытлы көчле тәэсир түгел, ә озакка сузылган йомшак тәэсир. Метилен зәңгәресе оксидлашкан һәм кайтарылган формалар арасында күчә һәм митохондрияләр эчендә электроннар ташый ала. Шуңа күрә аны бер оксидантны нейтральләштергәндә үзе тотылып бетә торган гадәти антиоксидант түгел, ә митохондрияләргә юнәлгән оксидлашу-кайтарылу кушылмасы дип тасвирлыйлар.

Митохондрияләр гадәти күзәнәкләрдә дә, прогерия күзәнәкләрендә дә җавап биргән. ATP арткан, оксидантлар дәрәҗәсе төшкән, ә җитди кимчелекле митохондрияләр өлеше кимегән. PGC-1alpha экспрессиясе һәм ул көйләгән кайбер түбәнге баскыч мишеньнәр өлешчә торгызылган. Әлегә бу — прогериягә генә хас булмаган, митохондрияләр эшчәнлеген гомуми яклау эффекты.

Ядрога кагылышлы нәтиҗәләр көтелмәгән булган һәм алар авыру күзәнәкләргә генә хас булып чыккан. Форманы санлы анализлау ядро өслегендәге күпермәләрнең кимүен күрсәткән. Ламин A һәм C аксымнарының гомуми күләме арткан. Иң игътибарга лаек үзгәреш прогеринның яңадан бүленүе булган: эшкәртелмәгән прогерия күзәнәкләрендә прогеринның якынча 30 проценты гына нуклеоплазманың эри торган фракциясендә урнашкан, калган өлеше мембранага беркетелгән булган. Эшкәртүдән соң эри торган өлеш якынча 65 процентка кадәр арткан, ягъни гадәти ламинның бүленешенә якынлашкан. Мембранадан азат ителгәч, прогерин күрше аксымнарны үзенә азрак ияртә, һәм ламин A белән C аксымнарының эри торган фракцияләре дә торгызылган.

Бу азат ителүдән соң ядрода ике фенотипик күрсәткеч яхшырган. Электрон микроскопия һәм HP1-alpha гетерохроматин аксымын буяу ярдәмендә тикшерелгән ядро тирәсендәге гетерохроматин күзгә күренерлек дәрәҗәдә торгызылган. РНК секвенирлавы исә транскриптомның гадәти хәлгә таба кайтуын күрсәткән: эшкәртелмәгән прогерия күзәнәкләре контроль күзәнәкләрдән 3,200 дән артык ген буенча аерылган, ә эшкәртелгән прогерия күзәнәкләрендә бу аерма якынча 1,670 генга кагылган. Гадәти күзәнәкләрдә шул ук эшкәртү берничә дистә генны гына үзгәрткән. Бу ядрога тәэсирнең гомуми транскрипция үзгәреше түгел, ә прогерин белән бәйле булуын күрсәтә. Күзәнәк һәм хайван модельләре башисемнәрдән аңлашылганга караганда таррак сорауларга җавап бирә дигән принцип метилен зәңгәресе турындагы тикшеренүләрне ничек укырга мәкаләсендә аңлатыла.

Ни өчен бу дәвалау түгел

Дүрт чикләү бу тикшеренүне үз урынында — лаборатория эчендә — калдыра.

Беренчедән, барысы да культура савытларында булган. Культурадагы фибробластларда кан белән тәэмин ителү, иммун системасы мохите, тукыма төзелеше һәм кушылманың мишеньгә бөтенләй барып җитә алуын билгели торган бөтен организм фармакологиясе юк. Бу эштә бер хайванга да препарат бирелмәгән һәм бер пациент та дәваланмаган.

Икенчедән, прогерия фибробластлары — бер күзәнәк төренең моделе. Авыру үлемгә нигездә артерияләр, сөяк һәм май тукымасы аша китерә, ә тикшеренүдә фибробластлар һәм шома мускул күзәнәкләренең бер үрнәге генә каралган. Башка тукымалар үзләрен бүтәнчә тотарга мөмкин.

Өченчедән, ядроның торгызылуы культура мохитендә берничә атналык өзлексез наномоляр тәэсир нәтиҗәсендә күзәтелгән. Савыттагы концентрацияләр доза түгел, һәм мәкаләдә мохиттәге 100 наномоляр концентрацияне кеше өчен куллану схемасына әйләндерә торган бернәрсә дә юк. Медицинадагы башка кулланылышларында метилен зәңгәресенең үз доза–җавап бәйләнеше һәм куркынычсызлык профиле бар. Бу тикшеренү аны өйдә куллану өчен бернинди нигез бирми. Гомуми куркынычсызлык контексты метилен зәңгәресенең куркынычсызлыгы һәм тискәре йогынтылары мәкаләсендә карала.

Дүртенчедән, прогерия — гадәти картаю түгел. Ул бер мутациягә бәйле сирәк авыру, һәм анда ядро каркасы үзенә хас рәвештә бозыла. Культурадагы күзәнәкләрдә нәкъ шул бозылуны йомшарта торган кушылма әлеге мутациясе булмаган кешеләрнең картаюы турында аз мәгълүмат бирә. Күзәнәк фенотибы ядро белән митохондрияләр арасындагы үзара сигналлашуны күрергә мөмкинлек бирә, ләкин гомер озынлыгына кагылышлы нәтиҗә түгел.

Шуңа күрә гадел йомгак шартларны истә тотарга тиеш. Прогерия фибробластларында прогерин PGC-1alpha ны бастыра, һәм митохондрияләр вак кисәкләргә бүленгән, акрын хәрәкәтле, оксидантларга бай һәм энергиягә ярлы хәлдә кала. Түбән концентрациядәге метилен зәңгәресе барлык күзәнәкләрдә митохондрия күрсәткечләрен торгызган. Моннан тыш, авыру күзәнәкләрдә ул прогеринны ядро мембранасыннан азат иткән, һәм ядро формасы, гетерохроматин һәм ген экспрессиясе өлешчә торгызылган. Бу икеләтә тәэсир тикшеренүне игътибарга лаек итә. Әмма ул метилен зәңгәресен прогерияне яки картаюны дәвалау чарасына әйләндерми.