SENS डायग्नोस्टिक्स। इंट्रासेल्युलर "कचरा" बायोमार्कर

जीव के पूरे जीवन के दौरान, कोशिकाओं में घटक बनते हैं जो विभिन्न कारणों से, सामान्य रूप से अपने शारीरिक कार्यों को करने में असमर्थ हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, पुरानी दोषपूर्ण माइटोकॉन्ड्रिया जैसी संरचनाएं, इंट्रासेल्युलर "कचरा" बन जाती हैं। यदि इस तरह की गिट्टी लगातार कोशिका के अंदर जमा हो रही थी, तो यह सामान्य इंट्रासेल्युलर प्रक्रियाओं को होने और कोशिका मृत्यु के लिए असंभव बना देगा। ऐसा होने से रोकने के लिए, कोशिकाओं में विशेष "झुकाव संयंत्र" हैं - लाइसोसोम।

लाइसोसोम 0.2 से 2 माइक्रोन के व्यास के साथ एकल-झिल्ली अंग हैं। गिरावट के लिए इरादा सेलुलर संरचनाओं को समायोजित करने के लिए, लाइसोसोम कई अलग-अलग रूप लेने में सक्षम हैं। औसतन, एक एकल कोशिका में कई सौ लाइसोसोम हो सकते हैं। उपयोग के लिए अभिप्रेत सेलुलर घटकों और मैक्रोमोलेक्यूलस का क्षरण विशेष अपघटक एंजाइमों (कुल मिलाकर लगभग 60 विभिन्न प्रकारों) के प्रभाव में लाइसोसोम में होता है, जिनमें से मुख्य एसिड फॉस्फेट है।

समय के साथ और विभिन्न कारकों के प्रभाव में, लाइसोसोम अपने कार्यों के साथ बदतर सामना करना शुरू कर सकता है। जो "इंट्रासेल्युलर मलबे" के संचय की ओर जाता है जो कोशिका के जीवन में हस्तक्षेप करता है। यह समस्या विशेष रूप से पोस्टमोटिक कोशिकाओं, जैसे हृदय की मांसपेशी कोशिकाओं और न्यूरॉन्स के लिए प्रासंगिक है। इंट्रासेल्युलर "मलबे" का प्रगतिशील संचय कोशिकाओं के सामान्य कामकाज में व्यवधान की ओर जाता है, जिससे बीमारियों और त्वरित उम्र बढ़ने हो सकता है।


हृदय कोशिका में लाइपोफ्यूसीन का जमाव। Lf - लिपोफ़ुसिन, m - माइटोकॉन्ड्रिया, mf - मायोफिब्रिल

इस तरह के क्लोज्ड सेल का एक विशिष्ट उदाहरण हमारी प्रतिरक्षा सुरक्षा है - एक मैक्रोफेज। यह ज्ञात है कि मैक्रोफेज, जिसका एक कार्य धमनी की आंतरिक दीवारों की रक्षा करना है, एक ही समय में एथेरोस्क्लेरोसिस के विकास में एक महत्वपूर्ण कड़ी है। एक स्वस्थ और युवा जीव में, मैक्रोफेज अपने काम को करने में सक्षम होते हैं जो ऐसे पदार्थों को अवशोषित और अपमानित करते हैं जो धमनियों के लिए खतरनाक होते हैं, जैसे कि संशोधित लिपोप्रोटीन। लेकिन अगर मैक्रोफेज की तुलना में धमनियों में इस तरह के अधिक पदार्थ होते हैं, तो जहरीले पदार्थ उसके अंदर जमा हो सकते हैं। और यह मैक्रोफेज डिसफंक्शन और एक झागदार कोशिका में इसके परिवर्तन की ओर जाता है, जो पहले से ही एथेरोस्क्लेरोसिस के विकास में सीधे नकारात्मक रूप से शामिल है।

सेनस अवधारणा के लेखक लाइसोसोम के संशोधन में इंट्रासेल्युलर कचरे की उम्र से संबंधित और रोग संचय की समस्या का समाधान देखते हैं। वे सुझाव देते हैं कि चूंकि मुख्य समस्या इंट्रासेल्युलर समावेशन के हिस्से को नष्ट करने के लिए लाइसोसोम की अक्षमता है, इसलिए तार्किक समाधान लाइसोसोम को नए एंजाइमों की आपूर्ति करना है जो इस कार्य के साथ सामना कर सकते हैं। जैसा कि आज ज्ञात है, ऐसे एंजाइम मौजूद हैं, उदाहरण के लिए, मिट्टी में बैक्टीरिया और कवक जो कार्बनिक अवशेषों को विघटित करते हैं। इस प्रकार, SENS का विचार इन जीवों द्वारा लाइसोसोमल कचरे को पचाने के लिए उपयोग किए जाने वाले एंजाइमों को खोजना है, उन्हें संशोधित करना है ताकि वे मानव लाइसोसोम के वातावरण में काम कर सकें, और फिर उन्हें कोशिकाओं तक पहुंचा सकें।

पहली नज़र में, यह दृष्टिकोण तकनीकी रूप से लागू करने में मुश्किल लग सकता है, लेकिन इसकी व्यवहार्यता का प्रत्यक्ष प्रमाण पहले से ही है। वे आनुवंशिक विकृति विज्ञान के उपचार में प्राप्त किए गए थे, तथाकथित लाइसोसोमल स्टोरेज डिजीज (लाइसोसोमल स्टोरेज डिजीज), जैसे कि गौचर रोग, "एंजाइम थेरेपी" का उपयोग करना। ये रोग एक आनुवंशिक प्रकृति के होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप लाइसोसोम एंजाइम काम नहीं करते हैं जैसा कि उन्हें करना चाहिए। और आज, सेल झिल्ली में स्थानांतरित करने के लिए संशोधित लाइसोसोम एंजाइम वाले रोगियों को इंजेक्ट करके ऐसी बीमारियों का सफलतापूर्वक इलाज किया जाता है। जीन थेरेपी का उपयोग करते हुए, इस दिशा में आगे काम जारी है, ताकि कचरे से भरी हुई कोशिकाएं "कचरा" के क्षरण के लिए आवश्यक एंजाइम का उत्पादन करना शुरू कर दें।

इंट्रासेल्युलर "मलबे" के प्रकारों में से एक, जो उम्र बढ़ने के बायोमार्कर के रूप में भी काम कर सकता है, आज लिपोफ़सिन ग्रैन्यूल हैं। लिपोफ़सिन ऑक्सीडाइज़ और क्रॉस-लिंक्ड प्रोटीन और लिपिड से मिलकर एक वर्णक है, जो कोशिकाओं के साथ इसे नीचा दिखाना और निकालना मुश्किल बनाता है। लिपोफुसीन की खोज आर। विरखोव ने 1847 में की थी। लेकिन, इसके बावजूद, इसके गठन के तंत्र या सामान्य रूप से शरीर में इसकी भूमिका या विशेष रूप से उम्र बढ़ने की प्रक्रियाओं में अभी भी कोई स्पष्ट समझ नहीं है।

वर्णक के भूरे रंग के कारण "लिपोफ़ुसिन" शब्द को 1912 में वैज्ञानिक प्रचलन में लाया गया था और इसका शाब्दिक अर्थ "डार्क फैट" है। इससे पहले, लिपोफ़सिन ग्रैन्यूल को उनके गठन की जगह पर "सिरोइड्स" कहा जाता था - हेपेटोसाइट्स में, यकृत में सिरोसिस के लिए। दानों का आकार औसतन 0.5 से 1.5 माइक्रोन तक भिन्न होता है। आज, लिपोफ़सिन प्रोटोजोआ से लेकर प्राइमेट्स तक सभी जीवित प्रजातियों की कोशिकाओं में पाया जाता है। जो लिपोफ़सिन की विशुद्ध रूप से विकृति भूमिका पर संदेह करता है, जो किसी कारण से सभी जीवित जीवों में विकास द्वारा निर्धारित किया जाता है। दूसरी ओर, लिपोफ़सिन जीवों की क्रमादेशित मृत्यु में भाग ले सकता है, जिसे शिक्षाविद् वी। स्कुलचेव द्वारा प्रस्तावित फिनोप्टोसिस के सिद्धांत द्वारा वर्णित किया गया है।

लिपोफिसिन में वसा (20-50%), प्रोटीन (30-60%) होता है। वसा का मुख्य रूप से फास्फोलिपिड्स (सेफेलिन, लेसिथिन, स्फिंगोमेलिन), साथ ही कोलेस्ट्रॉल, ट्राइग्लिसराइड्स और फैटी एसिड के पेरोक्सिडेशन और पोलीमराइजेशन के उत्पादों द्वारा प्रतिनिधित्व किया जाता है। लिपोफिसिन ग्रैन्यूल की संरचना में सभी ज्ञात अमीनो एसिड शामिल हो सकते हैं, जिनमें से मात्रात्मक अनुपात उस अंग पर निर्भर करता है जिससे लिपोफिसिन को अलग किया गया था। लेकिन सभी लिपोफ़सिन ग्रैन्यूल में सबसे बड़ी मात्रा में चार अमीनो एसिड होते हैं: ग्लाइसिन, वेलिन, ऐलेनिन और प्रोलाइन।

कुछ लाइपोफिसिन प्रोटीन एंजाइम प्रोटीन होते हैं, जिनमें एसिड फॉस्फेटस (लाइसोसोम का मुख्य एंजाइम) और गैर-विशिष्ट एस्टरेज़ की सबसे बड़ी संख्या होती है। इसके अलावा, नाइट्रोजनयुक्त आधार, बेंजीन डेरिवेटिव, फिनोल यौगिक और अकार्बनिक घटक - कार्बन, नाइट्रोजन, फास्फोरस, सल्फर, मैग्नीशियम, और एल्यूमीनियम - लिपोफिसिन ग्रैन्यूल [1] में पाए गए थे।

कोशिकाओं में लिपोफ़सिन कैसे बनता है? आज इस प्रश्न का कोई सटीक उत्तर नहीं है। लाइपोफ्यूसिन में लाइसोसोमल एंजाइम (एसिड फॉस्फोटेस) की उपस्थिति ने सुझाव दिया है कि ऑक्सीडेटिव तनाव के कारण लिपोफ्यूसिन दिखाई दे सकता है। इसके परिणामस्वरूप, "अवशिष्ट शरीर" कोशिका में जमा होते हैं - लिपिड ऑक्सीकरण और पेरोक्सीडेशन के उत्पाद जो लाइसोसोमल एंजाइम द्वारा क्षरण के लिए उत्तरदायी नहीं हैं। माइटोकॉन्ड्रियल एंजाइम, माइटोकॉन्ड्रिया के टुकड़े और एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम भी लिपोफ्यूसिन ग्रैन्यूल में पाए गए थे। इसलिए, कोशिकाओं में लिपोफ़सिन के संचय की प्रकृति सेलुलर ऑर्गेनेल के विनाश से भी जुड़ी हो सकती है जो लाइसोसोम [2] द्वारा उपयोग नहीं की गई थी। इस प्रकार, माइटोकॉन्ड्रिया सबसे अधिक लिपोफ्यूसिन ग्रैन्यूल (मिटोलिपोफुसिन) [3] में गिरावट का खतरा है।

यह वर्णित किया गया है कि आयरन, लिपोफ्यूसिन के निर्माण को बढ़ाता है, संभवतः लोहे के कारण लिपिड के पेरोक्सीडेशन को बढ़ाकर। कुछ शोधकर्ताओं ने लिपोफ़सिन के एक अलग रूप की पहचान की है, जो विशेष रूप से लोहे में समृद्ध है - हेमोसाइडरिन। उम्र बढ़ने के दौरान, लिपोफ़सिन का संचय माइटोकॉन्ड्रियल शिथिलता और संबद्ध ऑक्सीडेटिव तनाव से प्रभावित होता है (और यहां आप सेंस के दो खंडों - मायटोसेन्स और लियोसेंस को देख सकते हैं)। तो, हाइड्रोजन पेरोक्साइड के दोषपूर्ण माइटोकॉन्ड्रिया का अतिरिक्त उत्पादन इस तथ्य की ओर जाता है कि पेरोक्साइड लोहे के साथ अतिभारित लाइसोसोम में फैलता है, और लिपोफ़सिन के गठन को बढ़ाता है। माइटोकॉन्ड्रिया में फेरिटिन भी होता है, जो ऑटोफैगी के माध्यम से गिरावट से गुजर सकता है, जो प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों के उत्पादन को और बढ़ाने के लिए मुक्त लोहे का एक अतिरिक्त स्रोत प्रदान करता है। Fenton प्रतिक्रिया में लोहे के आयन Fe2 + से Fe3 + की कमी के दौरान शामिल हैं। लोहे द्वारा उत्प्रेरित ऑक्सीडेटिव तनाव से लाइसोसोम (उनकी झिल्ली की पारगम्यता) के लिए पेरोक्सीडेटिव क्षति होती है, जिससे लोहे का रिसाव होता है, और बदले में, लोहे के कुल पूल को बढ़ाता है। और यहां हम क्रॉस-कैटेलिटिक घटनाओं की एक पूरी कैस्केड का निरीक्षण करते हैं जो पैथोलॉजीज की विशेषता हैं: माइटोकॉन्ड्रियल डिसफंक्शन और ऑक्सीडेटिव तनाव प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला का नेतृत्व करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप लिपोफ्यूसीन के संचय में वृद्धि होती है। और घटनाओं का यह झरना सीधे कोशिका मृत्यु के एक विशेष रूप से संबंधित है - फेरोटेपोसिस, जो एंटीऑक्सिडेंट, ग्लूटाथियोन में से एक की कमी की पृष्ठभूमि के खिलाफ होता है, और अतिरिक्त लोहे और ऑक्सीडेटिव तनाव की स्थितियों में होता है [4]।

अलग-अलग समय पर, लाइपोफुसिन की संभावित शारीरिक भूमिका के बारे में सुझाव दिए गए थे। तो, प्रोटीन और लिपिड के अलावा, लिपोफसिन ग्रैन्यूल की संरचना में, सोवियत शोधकर्ताओं वी.एन.कर्णायखोव और ए.बी. तातारुन ने पाया पदार्थ सक्रिय रूप से सेल चयापचय में शामिल हैं - कैरोटीनॉयड [5, 6]। इस संबंध में, यह सुझाव दिया गया था कि लिपोफ़सिन कुछ कार्य करता है। संभवतः, यह ऊर्जा-खपत ऊतकों में हाइपोक्सिया की शर्तों के तहत ऊर्जा के उत्पादन में भाग ले सकता है, उदाहरण के लिए, मांसपेशियों में। उदाहरण के लिए, यह ज्ञात है कि मांसपेशियों की कोशिकाओं में भारी शारीरिक परिश्रम के प्रभाव में लिपोफ़सिन की मात्रा बढ़ जाती है।

लेकिन अधिकांश शोधकर्ता कोशिकाओं में लिपोफ्यूसिन के आयु-निर्भर संचय के बारे में राय रखते हैं, जो इसे उम्र बढ़ने के बायोमार्कर के रूप में उपयोग करना संभव बनाता है। उम्र बढ़ने के साथ शायद सबसे स्पष्ट रूप से तैयार लिपोफ़सिन का संबंध उम्र बढ़ने का माइटोकॉन्ड्रियल-लाइसोसोमल सिद्धांत है। जिसके अनुसार लाइसोसोम को अवरुद्ध करने वाले लिपोफ्यूसिन का आयु-संबंधी संचय प्रगतिशील ऑटोफैगी गड़बड़ी, ऑक्सीडेटिव तनाव और माइटोकॉन्ड्रियल डिसफंक्शन के साथ निकटता से जुड़ा हुआ है। क्षतिग्रस्त माइटोकॉन्ड्रिया, अन्य जीवों और क्षतिग्रस्त प्रोटीनों की क्रमिक आयु-संबंधी संचय का कारण बनता है, और इसके परिणामस्वरूप, माइटोटिक कोशिका शिथिलता, अंग की शिथिलता और उम्र बढ़ने [7]।

यह ज्ञात है कि उम्र के साथ, विभिन्न कोशिकाओं में लिपोफ़सिन के संचय में वृद्धि होती है: मस्तिष्क, हृदय, रेटिना, कंकाल की मांसपेशियों और त्वचा [8] की कोशिकाओं में। गैर-विभाजित कोशिकाओं के लिए, लिपोफ्यूसिन के साथ उम्र से संबंधित भीड़ एक बड़ी समस्या होनी चाहिए। तो, न्यूरोडीजेनेरेटिव प्रक्रियाओं में इस वर्णक की नकारात्मक भूमिका और न्यूरोपैथोलॉजी (अल्जाइमर, पार्किंसंस, आदि) के साथ इसके संभावित संबंध [9] वर्णित हैं। इसलिए, उम्र बढ़ने के बायोमार्कर के रूप में लिपोफुसिन का उपयोग काफी तर्कसंगत लगता है।

कोशिकाओं में इसकी पहचान के लिए आज कई हिस्टोकेमिकल प्रतिक्रियाओं का उपयोग किया जाता है: ह्युक प्रतिक्रिया (नील नीली डाई के साथ धुंधला हो जाना), श्मोरल प्रतिक्रिया (लिपोफ़सिन और एक अन्य मेलेनिन वर्णक गहरे नीले रंग में दाग रहे हैं), ज़ीहल-नील्सन विधि (चमकदार लाल रंग में धुंधला हो जाना) कार्बोल-फुचिन) [१०]।

आज लिपोफ्यूसिन का निर्धारण करने के तरीकों में से एक सूडान ब्लैक-बी डाई (सूडान-ब्लैक-बी, एसबीबी) और इसके बायोटिन-संबंधित एनालॉग (जिसे जीएल 13 कहा जाता है) के साथ धुंधला हो रहा है, जिसे लिपोफ्यूसिन [11, 12] का पता लगाने में अत्यधिक प्रभावी दिखाया गया है।

2015 में, चीनी शोधकर्ताओं ने लार और प्लाज्मा में लिपोफ़सिन को मापने के लिए एक प्रभावी तरीका बताया। युवा और बूढ़े लोगों में लार और रक्त में लिपोफ्यूसिन के स्तर के तुलनात्मक विश्लेषण ने उम्र [13] के साथ इसकी वृद्धि की दिशा में एक महत्वपूर्ण संबंध दिखाया। यह आपको उम्र बढ़ने के बायोमार्कर के रूप में लिपोफ़सिन निर्धारित करने के लिए इस पद्धति का उपयोग करने की अनुमति देता है।

दुर्भाग्य से, इस समय लिपोफ्यूसिन के संचय को धीमा करने, या लिपोफ्यूसिन कणिकाओं को हटाने के लिए कोई प्रभावी तरीके नहीं हैं। तो, स्टारगार्ड्ट रोग (रेटिना के पिगमेंट एपिथेलियम में लिपोफ्यूसिन के संचय के साथ जुड़े) के लिए 2008 में पेटेंट किए गए उलरिच शरमेरियर (उलरिच शरमेरियर) ने टेट्राहाइड्रोपाइरिडोस्टर (टेट्राहाइड्रोपाइडरोहैटर) का उपयोग किया, हालांकि इसके परिणाम सामने नहीं आए। नैदानिक ​​अनुप्रयोग [14]।

मस्तिष्क में लिपोफ्यूसिन की सामग्री पर हाइपरबेरिक ऑक्सीजनेशन के प्रभाव के बारे में कोई खबर नहीं है [15]। मेलाटोनिन, आइसोट्रेटिनॉइन, बीटा-साइक्लोडेक्सट्रिन, लिपोफ्यूसिन और एथेरोस्क्लेरोटिक सजीले टुकड़े और अन्य दवाओं के "विलायक" की प्रभावशीलता को और अधिक शोध की आवश्यकता है [16-18]।

समीक्षा के लेखक: डेनिस ओडिनोकोव, एलेक्सी रेज़शेवस्की।

जारी रखने के लिए ...

अगले भाग में, हम आयु-संबंधित न्यूरोपैथोलॉजी से जुड़े प्रोटीन समुच्चय के बायोमार्कर के बारे में बात करेंगे।