निदान निदान। माइटोकॉन्ड्रियल शिथिलता और ऑक्सीडेटिव तनाव के बायोमार्कर

इस समीक्षा के साथ, हम SENS एजिंग डायग्नोस्टिक पैनल के लिए संभावित बायोमार्कर का वर्णन करने वाले लेखों की एक श्रृंखला शुरू कर रहे हैं।

SENS की अवधारणा (इंजीनियरी के लिए रणनीतियाँ, योग्‍य इंजीनियरिंग योग्‍यता, इंजीनियरिंग विधियों द्वारा नगण्‍य उम्र बढ़ने के लिए एक रणनीति) ब्रिटिश जेरोनटोलॉजिस्ट ऑब्रे डी ग्रे द्वारा प्रस्तावित की गई थी। अवधारणा का विचार शरीर में संचित क्षति को "मरम्मत" करने के लिए उम्र बढ़ने और उम्र से संबंधित बीमारियों का मुकाबला करने के लिए प्रौद्योगिकियों को विकसित करने और लागू करने की आवश्यकता है। संभावित बायोमार्कर की हमारी समीक्षा का लक्ष्य उम्र बढ़ने के लिए एक एसएनएस नैदानिक ​​पैनल बनाना है।

मुझे SENS डायग्नोस्टिक्स की आवश्यकता क्यों है?

1. किसी व्यक्ति को सेंस के दृष्टिकोण से उम्र बढ़ने के दौरान उसके शरीर का क्या होता है, इसका निष्पक्ष मूल्यांकन करने में सक्षम बनाना।
2. उम्र बढ़ने से जुड़े कुछ प्रकार के नुकसान के व्यक्तिगत जोखिम देखें।
3. कायाकल्प के विकसित तरीकों की प्रभावशीलता का मूल्यांकन करने के लिए। देखें कि शारीरिक गतिविधि, आहार, दैनिक दिनचर्या, पोषण की खुराक, उम्र बढ़ने को धीमा करने की रणनीति के संदर्भ में दवाएँ कैसे काम करती हैं।
4. अन्य नैदानिक ​​उम्र बढ़ने पैनलों के साथ तुलना करें और उनके विकास को पूरक करें।
5. अनुसंधान के लिए पैरामीटर परिवर्तन पर डेटा प्रदान करें।
6. सबसे दिलचस्प और संवेदनशील जोखिमों के आधार पर अनुसंधान के वित्तपोषण पर निर्णय लें।
7. SENS के संदर्भ में शरीर की अपनी स्थिति को समझने के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाली जैविक समस्याओं को हल करने के लिए समान विचारधारा वाले लोगों का पता लगाएं।

SENS अवधारणा में 7 खंड शामिल हैं। विचार करने वाली पहली वस्तु, हमने माइटोकॉन्ड्रियल डिसफंक्शन (या मिटोसेन्स) को चुना।



माइटोकॉन्ड्रिया यूकेरियोटिक जीवों के छोटे ऑर्गेनेल हैं (लैंबलिया को छोड़कर जो चिनचिला की आंतों में निवास करते हैं), जो सभी जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। सबसे लोकप्रिय संस्करण के अनुसार, माइटोकॉन्ड्रिया एक बार स्वतंत्र जीवन इकाइयों, बैंगनी प्रकाश संश्लेषक बैक्टीरिया थे, लेकिन विकास की प्रक्रिया में वे प्राचीन सूक्ष्मजीवों, आर्किया द्वारा अवशोषित हो गए थे, और उनके लिए ऊर्जा उत्पन्न करना शुरू कर दिया था। प्रत्येक कोशिका में एक हजार से अधिक माइटोकॉन्ड्रिया हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, हृदय की मांसपेशियों की कोशिकाओं में 5000 से अधिक माइटोकॉन्ड्रिया होते हैं। आणविक मोटर्स, एटीपी सिंथेजेस, माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में निर्मित, मुख्य ऊर्जा स्रोत, एडेनोसिन ट्राइफोस्फोरिक एसिड, एटीपी को प्रोटॉन फ्लक्स के प्रभाव में घुमाते और संश्लेषित करते हैं। यह अनुमान लगाया गया है कि वयस्क शरीर प्रति दिन लगभग 40 किलोग्राम एटीपी का संश्लेषण और उपभोग करता है।

अन्य जीवों के विपरीत, माइटोकॉन्ड्रिया में डीएनए, एमटीडीएनए की अपनी 2-10 प्रतियां हैं। ऊर्जा उत्पादन की प्रक्रिया में, माइटोकॉन्ड्रिया विषाक्त "अपशिष्ट" उत्पन्न करते हैं - प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां (आरओएस), जो अन्य अणुओं और विभिन्न सेलुलर संरचनाओं को नुकसान पहुंचा सकती हैं और सबसे ऊपर, स्वयं माइटोकॉन्ड्रिया, जो माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए में उत्परिवर्तन पैदा कर सकता है और समग्र रूप से प्रतिकूल प्रभाव डाल सकता है। शरीर का ऊर्जा संतुलन। इस प्रकार, mtDNA में विलोपन (साइटों का नुकसान) तेजी से गुणा करने और स्वयं के साथ सेल स्थान को भरने में सक्षम होते हैं, जिससे सार्कोपेनिया और न्यूरोडीजेनेरेशन होता है। "दूषित" माइटोकॉन्ड्रिया आरओएस की अधिक मात्रा में उत्पादन करना शुरू कर देता है, जिससे ऑक्सीडेटिव तनाव में वृद्धि होती है, जो बदले में, विभिन्न विकृति, समय से पहले उम्र बढ़ने और कोशिका मृत्यु का कारण बन सकती है।

ऑक्सीडेटिव तनाव से संबंधित एक दिलचस्प तथ्य। यह पाया गया कि झिल्ली और जानवरों के जीवनकाल में फैटी एसिड के संतृप्ति के स्तर के बीच एक स्पष्ट संबंध है: झिल्ली में अधिक असंतृप्त एसिड, जानवर का जीवनकाल जितना छोटा होता है। स्पैनिश जीवविज्ञानियों ने इस तरह के एक अनुक्रम का पता लगाया, झिल्ली में डोसोहेक्सैनेओनिक acid-3 फैटी एसिड की सामग्री को कम करते हुए जीवन काल में वृद्धि दिखाते हैं: माउस → चूहा → खरगोश → मानव → व्हेल [1]।

यह पैटर्न स्पष्ट करना आसान है, क्योंकि असंतृप्त वसा अम्ल लिपिड पेरोक्सीडेशन के मुख्य "शिकार" हैं। इस प्रकार, पशु कोशिका झिल्ली की लिपिड रचना, जो एक लंबी उम्र की विशेषता होती है, सुनहरा मतलब दर्शाती है: पूरी तरह से असंतृप्त docosahexaenoic 22: 6 ω-3 फैटी एसिड की एक छोटी राशि और कम असंतृप्त लिनोलेनिक की प्रबलता 18:03 ω-3 फैटी एसिड, जो वही संतुलन बनाता है जो आरओएस के प्रभावों के खिलाफ और झिल्ली के आवश्यक तरलता के संरक्षण दोनों को प्रदान करता है।

पशु कोशिका झिल्ली की लिपिड संरचना के अलावा, सभी mtDNA न्यूक्लियोटाइड अवशेषों के बीच अधिक थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर ग्वानिन और साइटोसिन का अनुपात भी स्तनधारियों की अधिकतम प्रजातियों के जीवन काल के साथ संबंधित है।

SENS अवधारणा के निर्माता माइटोकॉन्ड्रियल जीन की "बैकअप प्रतियों" को नाभिक में स्थानांतरित करके माइटोकॉन्ड्रियल शिथिलता की समस्या का समाधान देखते हैं, जहां वे माइटोकॉन्ड्रिया में उत्पन्न ROS द्वारा क्षतिग्रस्त नहीं हो सकते हैं। इस प्रकार, भले ही mtDNA में मूल जीन क्षतिग्रस्त हो, परमाणु ऊर्जा में बैकअप सामान्य ऊर्जा उत्पादन बनाए रखने के लिए आवश्यक प्रोटीन की आपूर्ति करने में सक्षम होगा। इस दृष्टिकोण को प्रोटीन की एलोटोपिक अभिव्यक्ति कहा जाता है। मानव mtDNA में कुल 37 जीन होते हैं, जिनमें से केवल 13 माइटोकॉन्ड्रिया के लिए आवश्यक प्रोटीन को कूटते हैं, माइटोकॉन्ड्रिया के काम को समन्वित करने वाले शेष (1000 से अधिक) प्रोटीन परमाणु डीएनए में एन्कोडेड होते हैं। एसएनएस के लेखकों के अनुसार, न्यूक्लियस में मुख्य माइटोकॉन्ड्रियल जीन का स्थानांतरण इस उद्देश्य के लिए विकास द्वारा ठीक किया गया था - उन्हें आरओएस के हानिकारक प्रभाव से बचाने के लिए।

एमएनटीडीएनए को हानिकारक कारकों से बचाने के लिए माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए के विकास के हस्तांतरण के बारे में सेंस के लेखकों का विचार और, इस प्रकार, जीवन को लम्बा खींचना, एनयूएमटी (परमाणु माइटोकॉरिअल डीएनए खंड) के विश्लेषण के लिए समर्पित अध्ययनों में पुष्टि की जाती है। NUMT शब्द का मतलब mtDNA अंशों को परमाणु डीएनए में स्थानांतरित करना है। पूरी तरह से अनुक्रमित माइटोकॉन्ड्रियल और परमाणु जीनोम के साथ 17 पशु प्रजातियों के एक तुलनात्मक विश्लेषण ने जीवन प्रत्याशा और NUMT अनुक्रमों की संख्या के बीच एक महत्वपूर्ण सकारात्मक सहसंबंध दिखाया [3]। अब यह शेष 13 mtDNA जीन के बैकअप को स्थानांतरित करने के लिए एक इंजीनियरिंग समाधान खोजने के लिए बना हुआ है।

लेकिन माइटोकॉन्ड्रियल फ़ंक्शन में सुधार के लिए वैकल्पिक दृष्टिकोण हैं। और उनमें से एक बाहर से माइटोकॉन्ड्रिया का प्रत्यारोपण है। जानवरों के साथ प्रयोगों में विदेशी माइटोकॉन्ड्रिया के सफल "उप-जनसंख्या" का वर्णन किया गया है। इस प्रकार, माइटोकॉन्ड्रियल ट्रांसफर का उपयोग पशु मॉडल में तीव्र फेफड़ों की क्षति, हृदय रोग और पार्किंसंस रोग के लिए किया जाता था। माइटोकॉन्ड्रियल आरोपण को कई तरीकों से पूरा किया जा सकता है: सबसे पहले, पृथक माइटोकॉन्ड्रिया (स्थानीय इंजेक्शन) का प्रत्यक्ष इंजेक्शन, जब पृथक माइटोकॉन्ड्रिया को सीधे क्षतिग्रस्त क्षेत्र की कोशिकाओं में इंजेक्ट किया जाता है; दूसरे, प्रणालीगत प्रशासन, जब माइटोकॉन्ड्रिया को सामान्य रक्तप्रवाह में पेश किया जाता है, और फिर उन्हें पूरे शरीर में वितरित किया जाता है। प्राप्त परिणाम कई बीमारियों के उपचार में माइटोकॉन्ड्रियल प्रत्यारोपण की संभावनाओं को दर्शाते हैं [4]।

इसके साथ ही, माइटोकॉन्ड्रियल डिसफंक्शन के कारण होने वाले ऑक्सीडेटिव तनाव का निर्धारण करने के लिए संभावित बायोमार्कर खोजना तर्कसंगत होगा।

ऑक्सीडेटिव तनाव ऑक्सीकरण एजेंटों के प्रति शरीर में ऑक्सीडेंट (प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों) और एंटीऑक्सिडेंट रक्षा के बीच असंतुलन है। कोशिकाओं में, ऑक्सीडेंट सक्रिय रूप से बायोमोलेक्यूल्स (फॉस्फोलिपिड्स, प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड) के साथ बातचीत करते हैं। नतीजतन, ये बायोमोलेक्यूलर अपरिवर्तनीय रूप से क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, जो सेल की शिथिलता की ओर जाता है और, परिणामस्वरूप, शरीर में विभिन्न विकृति और कोशिका मृत्यु। उम्र बढ़ने के सबसे लोकप्रिय सिद्धांतों में से एक, 1950 के दशक में डी। हरमन द्वारा प्रस्तावित फ्री रेडिकल, इसे उम्र बढ़ने के मुख्य तंत्र के रूप में देखता है।

ऑक्सीकरण के दौरान बनने वाला अणु बायोमार्कर के रूप में काम कर सकता है। उनका विश्लेषण मनुष्यों में ऑक्सीडेटिव तनाव की मात्रा निर्धारित करने के लिए किया जाता है। ऑक्सीडेटिव तनाव बायोमार्कर की उच्च सांद्रता न केवल उम्र से संबंधित या अपक्षयी रोगों में निर्धारित की जाती है, जैसे अल्जाइमर रोग, उच्च रक्तचाप, टाइप 2 मधुमेह या कई प्रकार के कैंसर, लेकिन पुरानी प्रतिरोधी फुफ्फुसीय रोग में भी, धूम्रपान और पारिस्थितिक रूप से वंचित क्षेत्रों में रहना।

ऑक्सीडेटिव तनाव के सबसे महत्वपूर्ण बायोमार्करों में से एक 8-आइसो प्रोस्टाग्लैंडिन F2α (8-आइसोप्रोस्टेन) है। 8-इसोप्रोस्टेन का गठन कोशिकीय बायोमेम्ब्रेन्स के फॉस्फोलिपिड्स के गैर-एंजाइमेटिक ऑक्सीकरण के दौरान होता है, अर्थात् एराकिडोनिक एसिड। यह प्रोस्टाग्लैंडीन जैसा पदार्थ रक्त वाहिकाओं और ब्रांकाई के संकुचन का कारण बनता है, गुर्दे में रक्त के प्रवाह को कम करता है, प्लेटलेट एकत्रीकरण को प्रभावित करता है और इस प्रकार, कई रोगों के विकृति में शामिल है। स्वस्थ लोगों में 8-आइसोप्रोस्टेन के सामान्य मूल्यों को 11 g 4 पीजी / एमएल [5] माना जाता है।

एक लिपिड ऑक्सीकरण बायोमार्कर के रूप में पहचाना जाता है malondialdehyde (MDA), जो मुक्त कणों द्वारा लिपिड पेरोक्सीडेशन और पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड अणुओं के टूटने से बनता है। सीरम में एमडीए की एक बढ़ी हुई एकाग्रता न केवल ऑक्सीडेटिव तनाव के मार्कर के रूप में कार्य करती है, बल्कि अंतर्जात नशा की डिग्री के रूप में भी काम करती है। इसलिए, प्लाज्मा में एमडीए की एकाग्रता में वृद्धि धूम्रपान करने वालों में देखी जाती है, साथ ही शराब का दुरुपयोग करने वाले लोगों में भी। एमडीए प्रोटीन के अमीनो समूहों के साथ शिफ आधार बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप अघुलनशील लिपिड-प्रोटीन कॉम्प्लेक्स (पिगमेंट या लिपोफासिन पहनते हैं) का निर्माण होता है। एमडीए कई जैविक तरल पदार्थों के नमूनों में निर्धारित किया जाता है: सीरम, प्लाज्मा, मूत्र, सांस सांस घनीभूत। स्वस्थ लोगों (सामान्य) में सीरम में एमडीए की एकाग्रता 1 μmol / L [6] से कम है।

प्रोटीन बनाने वाले अमीनो एसिड के ऑक्सीकरण के दौरान, ऑक्सीडेटिव तनाव के कई संभावित बायोमार्कर का गठन किया जाता है: ओ-टायरोसिन, 3-क्लोरोथायरोसिन और 3-नाइट्रोइट्रोसिन।

शरीर में शारीरिक रूप से, अंतर्जात टाइरोसिन फेनिलएलनिन के एंजाइमेटिक ऑक्सीकरण से फेनिलएलनिन हाइड्रॉक्सिल द्वारा बनता है। ऑक्सीजन-फेनिलएलनिन के सक्रिय रूपों द्वारा ऑक्सीकरण के दौरान ओ-टायरोसिन (ओ-टायर) और एम-टायरोसिन (एम-टायर) का गठन किया जाता है। o- टायर और m-Tyr प्राकृतिक अमीनो एसिड नहीं हैं और इन्हें ऑक्सीडेटिव तनाव के बायोमार्कर माना जाता है। मोतियाबिंद के रोगियों में ओ-टायर और एम-टायर की उच्च सांद्रता पाई गई, और टाइप 2 मधुमेह वाले रोगियों के रक्त प्लाज्मा और मूत्र में ऊंचा ओ-टायर पाया गया। 3-क्लोरोथायरोसिन (3-ClTyr) हाइपोक्लोरस एसिड (HClO, हाइड्रोजन पेरोक्साइड का एक व्युत्पन्न) और पी-टायरोसिन की प्रतिक्रिया के दौरान मुक्त कट्टरपंथी प्रक्रियाओं में बनता है।

3-क्लेयर का गठन हृदय प्रणाली में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, क्योंकि यह एथेरोस्क्लेरोसिस के विकास से जुड़ा हुआ है। 3-क्लेयर मानव महाधमनी चिकनी मांसपेशियों की कोशिकाओं (संवहनी घावों के गठन के लिए मुख्य तंत्र) के प्रवास को बढ़ावा देता है, और सूजन की शर्तों के तहत 3-क्लेयर का ऊंचा स्तर संवहनी रोगों में योगदान कर सकता है। 3-नाइट्रोएट्रोसिन (3-नोटियर) एक आक्रामक फैगोसाइटिक प्रोटीन मायलोपरोक्सीडेज (एमपीओ) के साथ टायरोसिन के ऑक्सीकरण द्वारा ऑक्सीडेटिव तनाव के दौरान बनता है। इस तरह के नाइट्रेशन प्रोटीन के कार्य को नकारात्मक रूप से प्रभावित करते हैं। 3-नोटियर की उच्च सांद्रता अल्जाइमर रोग वाले रोगियों के मस्तिष्कमेरु द्रव में पाई गई (रोगियों में 11.4 11 5.4 एनएम और स्वस्थ स्वयंसेवकों के समूह में 1.6 n 0.4 एनएम), साथ ही साथ गठिया, एथेरोस्क्लेरोसिस और लोगों में उच्च रक्तचाप [५]।

इसके अलावा, प्रोटीन पर आरओएस और एचसीएलओ की कार्रवाई के तहत, प्रोटीन ऑक्सीकरण (एओपीपी) के विभिन्न उत्पाद बनते हैं। ऐसे प्रोटीन अपने कार्यों को पूरा नहीं करते हैं और महत्वपूर्ण नुकसान पहुंचा सकते हैं। AOPPs myeloperoxidase- हाइड्रोजन पेरोक्साइड प्रणाली द्वारा निर्मित होते हैं। तीव्र कोरोनरी सिंड्रोम या सक्रिय अल्सरेटिव कोलाइटिस वाले रोगियों के प्लाज्मा या मूत्र में एओपीपी की उच्च सांद्रता पाई गई। स्वस्थ लोगों [5] में 60-70 एनएम के प्लाज्मा स्तर AORP के सामान्य संकेतक माने जाते हैं।

न्यूक्लिक एसिड के ऑक्सीकरण के लिए प्रसिद्ध बायोमार्कर 8-हाइड्रॉक्सीजेनोसाइन (8-OHG) और 8-हाइड्रॉक्सी -2'-डीऑक्सीगैगोसिन (8-OHdG) हैं। 8-ओएचडीजी डीएनए ऑक्सीकरण का मुख्य उत्पाद है। 8-OHG RNA के ऑक्सीकरण द्वारा बनता है। 8-OHdG की उच्च एकाग्रता अल्जाइमर रोग, गठिया, एथेरोस्क्लेरोसिस, मोतियाबिंद, उच्च रक्तचाप, ऑस्टियोपोरोसिस और टाइप 2 मधुमेह के रोगियों में पाई जाती है। 8-ओएचडीजी को धूम्रपान (जैसे फेफड़ों के कैंसर) से संबंधित कैंसर का संभावित बायोमार्कर भी माना जाता है। 8-OHG अल्जाइमर रोग के रोगियों में पाया जा सकता है, और यह दिखाया गया है कि ऑक्सीडेटिव आरएनए क्षति डीएनए क्षति से अधिक है। स्वस्थ लोगों में रक्त में 8-ओएचडीजी की एकाग्रता 1.09 n 0.52 एनएम है, और 8-ओएचजी (मस्तिष्कमेरु द्रव में) का स्तर 97 p 32 पीपीएम [5] है।

एक और बायोमार्कर जो माइटोकॉन्ड्रियल डिसफंक्शन और ऑक्सीडेटिव तनाव को निर्धारित करता है, सेलुलर mtDNA की प्रतियों की संख्या है (कोशिकाओं को क्षय होने और उम्र के साथ इसका स्तर बढ़ने पर रक्तकोशिका में प्रवेश करता है। तो, यह ज्ञात है कि उम्र के साथ, सेलुलर mtDNA की मात्रा कम हो जाती है, इसके अलावा, पुरुषों में महिलाओं की तुलना में अधिक होती है। एक कम mtDNA काउंट भी सीनाइल एस्थेनिया (सेनेबिलिटी, फ्रैटिलिटी) के विकास से महत्वपूर्ण रूप से जुड़ा हुआ है। कार्डियोवैस्कुलर, ऑन्कोलॉजिकल और श्वसन रोगों से [7] mtDNA की प्रतियों की संख्या सभी कारणों से मृत्यु दर का एक प्रभावी रोगनिरोधी चिह्न हो सकती है।

अंतर्जात एंटीऑक्सिडेंट, जैसे कि ग्लूटाथिओन, सिस्टीन, यूरिक एसिड और यूबिकिनॉल भी बायोमार्कर के रूप में माइटोकॉन्ड्रियल डिसफंक्शन और ऑक्सीडेटिव तनाव का उपयोग करने की क्षमता रखते हैं। प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों के साथ बातचीत करते समय, अंतर्जात एंटीऑक्सिडेंट ऑक्सीकरण होते हैं, लेकिन फिर विशेष एंजाइमों का उपयोग करके फिर से बहाल किया जाता है। इसलिए, शरीर में, एंटीऑक्सिडेंट अणु दो रूपों में मौजूद हैं: कम रूप (एंटीऑक्सिडेंट) या ऑक्सीकृत (ऑक्सीडेंट के साथ प्रतिक्रिया के बाद)। क्रोमैटोग्राफिक विधि का उपयोग करते हुए, एंटीऑक्सिडेंट के कम और ऑक्सीकृत रूपों के अनुपात को ठीक करना संभव है और इस तरह ऑक्सीडेटिव तनाव की डिग्री निर्धारित होती है [8]।

माइटोकॉन्ड्रियल शिथिलता और ऑक्सीडेटिव तनाव के बायोमार्कर:

1. 8 isoprostane।
2. Malondialdehyde
3. O-tyrosine, 3-chlorothyrosine, 3-nitrotyrosine।
4. प्रोटीन ऑक्सीकरण उत्पाद (AOPP)।
5.8-हाइड्रोक्सीगैनोसिन (8-OHG)
6. 8-हाइड्रॉक्सी -2'-डीऑक्सीगैनोसिन (8-OHdG)।
7. सेल mtDNA (इसकी संख्या और विलोपन के साथ उत्परिवर्तित वेरिएंट की उपस्थिति)
8. अंतर्जात एंटीऑक्सिडेंट (ग्लूटाथियोन, सिस्टीन, यूरिक एसिड, यूबिकिनॉल)।

समीक्षा के लेखक: डेनिस ओडिनोकोव, एलेक्सी रेज़शेवस्की।