Metilen ko‘ki va progeriya: hujayraviy qarish modelidan olingan saboqlar

Bir gendagi bitta harfning o‘zgarishi bolalarning dahshatli tezlikda qarishiga sabab bo‘ladi. Soch to‘kilishi, bo‘g‘imlar qotishi, arteriyalar torayishi va o‘smirlik yillari bilan cheklangan umr davomiyligi. Bu kasallik Xatchinson–Gilford progeriya sindromi deb ataladi. Ko‘p yillar davomida uni o‘rganish mutant oqsil zarar yetkazadigan yadroga qaratilgan edi. Merilend universitetining 2016-yildagi tadqiqoti boshqa savolni qo‘ydi: bu hujayralarda mitoxondriyalar qanday ko‘rinishda? Javob hujayraning ikki bo‘limini bir-biriga bog‘ladi, yuz yildan beri ma’lum bo‘lgan ko‘k bo‘yoq esa ikkalasiga ham ta’sir ko‘rsatdi.

Bu Xiong va hamkasblarining 2016-yilda Aging Cell jurnalida chop etilgan tadqiqotidir. Unda faqat kulturada o‘stirilgan hujayralar bilan ishlangan. Quyidagi barcha ma’lumotlarni aynan shu fakt doirasida tushunish kerak. Topilmalar haqiqiy va aniq. Ular bilan har qanday davolash o‘rtasidagi masofa ham shunchalik aniq.

Model: bitta mutatsiya, bitta yopishqoq oqsil

Progeriya LMNA genining 1824-pozitsiyasida C ning T ga almashishi bilan boshlanadi. Bu o‘zgarish aminokislotani o‘zgartirmaydi. U yashirin splaysing joyini faollashtiradi, natijada lamin A oqsilidan 50 ta aminokislota olib tashlanadi. Progerin deb ataladigan qisqargan mahsulot hujayraga odatda uning farnezil langarini olib tashlash imkonini beradigan kesilish joyini yo‘qotadi. Shuning uchun progerin doimiy ravishda farnezillangan holda qoladi va yadroning ichki membranasiga yopishib oladi; normal lamin A esa bu membranaga navbatma-navbat birikib, undan ajralib turadi.

Yadrodagi oqibatlar yaxshi hujjatlashtirilgan va mikroskop ostida ko‘rinadi. Yadrolar silliq oval shaklini saqlash o‘rniga bo‘rtib, burishadi. Odatda yadro cheti bo‘ylab joylashadigan zich o‘ralgan, faol bo‘lmagan DNK — geteroxromatin siyraklashadi. Minglab genlarning ekspressiyasi o‘zgaradi. Yadro laminasini devor qog‘ozi ortidagi tayanch karkas deb tasavvur qiling: karkasning bir bo‘lagi noto‘g‘ri joyga payvandlansa, devor bo‘rtadi va qog‘oz naqshi butun xona bo‘ylab buziladi.

Tadqiqotda progeriya bemorlaridan olingan teri fibroblastlari passaj soni mos nazorat hujayralari bilan birga ishlatilgan. Bundan tashqari, normal fibroblastlar bevosita progerin ishlab chiqaradigan qilib o‘zgartirilgan ikkinchi hujayra liniyasi ham qo‘llangan. O‘zgartirilgan hujayralarda ham ayni nuqsonlar rivojlangan. Bu sabab bemorlarning kasallik tarixi yoki kulturada o‘tgan vaqt emas, balki progerin ekanini ko‘rsatadi. Nuqsonlarning og‘irligi miqdorga bog‘liq edi: ko‘proq progerin ishlab chiqargan liniyada barcha ko‘rsatkichlar bo‘yicha nuqsonlar og‘irroq bo‘lgan.

Mitoxondriyalar qanday ko‘rinishda edi

Sog‘lom fibroblastlarning mitoxondriyalari yadro atrofida tarmoqlangan tarmoq hosil qiladi: ular sitoskelet yo‘llari bo‘ylab harakatlanadigan uzun naychalardir. Progeriya liniyalarida bu tarmoq yo‘qolgan edi. Mitoxondriyalarning ko‘proq qismi bo‘laklangan, ko‘pchiligi shishgan edi; elektron mikroskopiya esa jiddiy shikastlangan organellalar soni qariyb ikki baravar oshganini ko‘rsatdi. Vaqt oralig‘ida ketma-ket tasvirga olish ularning nazorat hujayralaridagiga qaraganda qisqaroq masofaga va sekinroq harakatlanishini ko‘rsatdi.

Shakldagi o‘zgarishlar faoliyatda ham aks etdi. Mitoxondriyalardagi superoksid va butun hujayradagi oksidantlar darajasi oshdi. Membrana potensiali buzilgan hujayralar soni ko‘paydi. ATP ishlab chiqarilishi kamaydi. Bularning hech biri alohida olinganda hayratlanarli emas, chunki shikastlangan mitoxondriyalar reaktiv kislorod turlarini chiqaradi va kamroq energiya ishlab chiqaradi. Yangilik taklif etilgan sababda edi. NRF1, TFAM hamda qo‘shilish va bo‘linishni boshqaruvchi MFN1, MFN2, OPA1, FIS1 va DRP1 kabi quyi bo‘g‘in omillari orqali mitoxondriya biogenezini boshqaradigan transkripsion koaktivator PGC-1alpha progeriya hujayralarida mRNA darajasida taxminan sakkiz baravar pasaygan, oqsil miqdori ham shunga mos ravishda kamaygan edi. Progerin mitoxondriyalarni yaratish va saqlashning asosiy boshqaruv tugmasini bosib qo‘yayotgandek ko‘rindi. Yadro laminasi shikastlanishi bilan energiya almashinuvi o‘rtasidagi bu bog‘liqlik mitoxondriyalarda energiya ishlab chiqarish haqidagi kengroq tushuntirishning bir qismidir. Shu muvozanatning oksidantlarga oid tomoni esa oksidlovchi stress va ROS nazorati mavzusida yoritiladi.

Metilen ko‘ki nimani o‘zgartirdi

Tadqiqotchilar hujayralarga past konsentratsiyadagi, ya’ni 100 nanomolyar metilen ko‘ki bilan haftalar davomida uzluksiz ishlov berishdi. Hujayra kulturasi nuqtayi nazaridan bu qisqa dori impulsi emas, balki uzoq davom etadigan yumshoq ta’sirdir. Metilen ko‘ki oksidlangan va qaytarilgan shakllar o‘rtasida almashinadi va mitoxondriyalar ichida elektronlarni tashiy oladi. Shu sababli u bitta oksidantni zararsizlantirganda sarflanib ketadigan oddiy antioksidant emas, balki mitoxondriyalarga yo‘naltirilgan oksidlanish-qaytarilish birikmasi sifatida tavsiflanadi.

Ham normal, ham progeriya hujayralaridagi mitoxondriyalar javob qaytardi. ATP miqdori oshdi, oksidantlar darajasi pasaydi va jiddiy nuqsonli mitoxondriyalar ulushi kamaydi. PGC-1alpha ekspressiyasi va uning ayrim quyi bo‘g‘in nishonlari qisman tiklandi. Shu bosqichgacha kuzatilgan natija progeriyaga xos emas, balki mitoxondriyalar faoliyatini umumiy qo‘llab-quvvatlash ta’siridir.

Yadroga oid natijalar kutilmagan bo‘lib, aynan kasallangan hujayralarga xos edi. Shaklning miqdoriy tahlili yadrodagi bo‘rtmalar kamayganini ko‘rsatdi. Lamin A va C ning umumiy miqdori oshdi. Eng e’tiborlisi, progerin qayta taqsimlandi: ishlov berilmagan progeriya hujayralarida progerinning faqat taxminan 30 foizi nukleoplazmaning eruvchan fraksiyasida joylashgan, qolgan qismi esa membranaga birikkan edi. Ishlovdan keyin eruvchan ulush qariyb 65 foizga ko‘tarilib, normal laminning taqsimlanishiga yaqinlashdi. Membranadan ajralgan progerin yonidagi oqsillarni kamroq tortib turadi va lamin A hamda C ning eruvchan fraksiyalari ham tiklandi.

Bu ajralishdan keyin yadroga oid ikki fenotip yaxshilandi. Elektron mikroskopiya va geteroxromatin oqsili HP1-alpha ni bo‘yash orqali tekshirilgan yadro atrofidagi geteroxromatin sezilarli darajada tiklandi. RNA sekvenslash esa transkriptom normal holatga yaqinlashayotganini ko‘rsatdi: ishlov berilmagan progeriya hujayralari nazorat hujayralaridan 3,200 dan ortiq gen bo‘yicha farq qilgan bo‘lsa, ishlov berilgan progeriya hujayralari taxminan 1,670 gen bo‘yicha farq qilgan. Normal hujayralarda ayni ishlov faqat bir necha o‘n genni o‘zgartirdi. Bu yadrodagi ta’sir umumiy transkripsion siljish emas, balki progerin bilan bog‘liq ekanini ko‘rsatadi. Hujayra va hayvon modellaridagi tajribalar sarlavhalar taassurot uyg‘otganidan ko‘ra torroq savollarga javob berishi tamoyili metilen ko‘ki haqidagi tadqiqotlarni qanday o‘qish kerak maqolasida tushuntirilgan.

Nega bu davolash emas

To‘rtta cheklov bu tadqiqotni o‘z doirasida — laboratoriya ichida — qoldiradi.

Birinchidan, hammasi laboratoriya idishlarida sodir bo‘lgan. Kulturadagi fibroblastlarda qon ta’minoti, immun muhit, to‘qima tuzilishi va birikmaning nishonga umuman yetib borish-bormasligini belgilaydigan butun organizm farmakologiyasi yo‘q. Ushbu ishda hech bir hayvonga preparat berilmagan va hech bir bemor davolanmagan.

Ikkinchidan, progeriya fibroblastlari faqat bitta hujayra turining modelidir. Kasallik asosan arteriyalar, suyak va yog‘ to‘qimasidagi zararlanishlar orqali o‘limga olib keladi. Tadqiqotda esa faqat fibroblastlar va bitta silliq mushak preparati tekshirilgan. Boshqa to‘qimalar boshqacha javob berishi mumkin.

Uchinchidan, yadroning tiklanishi kultura muhitida haftalar davom etgan uzluksiz nanomolyar ta’sirdan kelib chiqqan. Laboratoriya idishidagi konsentratsiyalar doza emas va maqoladagi hech narsa muhitdagi 100 nanomolyar konsentratsiyani odam uchun qo‘llash tartibiga aylantirmaydi. Tibbiyotning boshqa sohalarida metilen ko‘kining o‘ziga xos dozaga javobi va xavfsizlik profili mavjud, bu tadqiqot esa uni uy sharoitida qo‘llash uchun hech qanday asos bermaydi. Xavfsizlikka oid umumiy ma’lumotlar metilen ko‘kining xavfsizligi va nojo‘ya ta’sirlari maqolasida berilgan.

To‘rtinchidan, progeriya normal qarish emas. Bu yadro karkasi o‘ziga xos tarzda buziladigan, bitta mutatsiya sabab bo‘ladigan kam uchraydigan kasallikdir. Kulturadagi hujayralarda aynan shu buzilishni yumshatadigan birikma ushbu mutatsiyasiz odamlardagi qarish haqida juda kam ma’lumot beradi. Hujayra fenotipi uzoq umr ko‘rishga oid natija emas, balki yadro va mitoxondriyalar o‘rtasidagi o‘zaro aloqani ko‘rish imkonidir.

Shu bois xolis xulosa shartli bo‘lishi kerak. Progeriya fibroblastlarida progerin PGC-1alpha ni susaytiradi va mitoxondriyalarni bo‘laklangan, sust, oksidantlarga boy va energiyasi kam holatda qoldiradi. Past konsentratsiyadagi metilen ko‘ki barcha hujayralarda mitoxondriya ko‘rsatkichlarini tikladi. Bundan tashqari, kasallangan hujayralarda progerinni yadro membranasidan ajratdi; bu yadro shakli, geteroxromatin va gen ekspressiyasining qisman tiklanishi bilan kechdi. Ushbu ikki tomonlama ta’sir tadqiqotni bilishga arzigulik qiladi. Ammo u metilen ko‘kini progeriya yoki qarish uchun davolash vositasiga aylantirmaydi.