What is Ferroptosis? How does this cell death mechanism relate to COVID – 19 and other diseases?
Introduction
Ferroptosis is a recently discovered form of regulated cell death that is iron-dependent and is characterized by the accumulation of lipid peroxides to lethal levels. Unlike apoptosis (programmed cell death), necrosis, or autophagy, ferroptosis has a distinct biochemical mechanism and morphological features.
Mechanism of Ferroptosis
- Trigger: It is primarily triggered by oxidative stress in the presence of iron (Fe²⁺).
- Key Features:
- Iron overload in cells.
- Lipid peroxidation of polyunsaturated fatty acids in the cell membrane.
- Failure of antioxidant defense, particularly involving glutathione peroxidase 4 (GPX4).
- Morphology: Shrinkage of mitochondria, increased membrane density, and lack of typical apoptotic features like DNA fragmentation.
Ferroptosis and Human Diseases
Ferroptosis plays a dual role in human diseases — it can either contribute to tissue damage or help eliminate malignant cells.
1. Neurological Disorders
- Diseases like Alzheimer’s, Parkinson’s, and Huntington’s have shown evidence of iron accumulation and lipid peroxidation.
- Ferroptosis contributes to the degeneration of neurons.
2. Cancer
- Ferroptosis is being explored as a therapeutic strategy to kill cancer cells that are resistant to apoptosis.
- Drugs inducing ferroptosis are in clinical trials for cancers like pancreatic, liver, and renal cell carcinoma.
3. Cardiovascular Diseases
- Ferroptosis contributes to myocardial ischemia-reperfusion injury, heart failure, and atherosclerosis due to oxidative stress.
4. Liver Diseases
- Conditions such as non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) and hepatitis show markers of ferroptosis.
Ferroptosis and COVID-19
The SARS-CoV-2 virus (which causes COVID-19) triggers a strong inflammatory response, known as the cytokine storm, which can lead to organ failure. Recent research indicates that:
- Iron metabolism is disrupted in COVID-19 patients (high ferritin levels).
- Oxidative stress and inflammation create a favorable environment for ferroptosis.
- Ferroptosis may be involved in lung injury and multi-organ damage observed in severe COVID-19 cases.
- Therapeutic Angle: Ferroptosis inhibitors like liproxstatin-1 are being explored to reduce tissue damage in severe COVID-19.
Recent Research and Developments
- 2023 studies have shown that COVID-19-associated acute respiratory distress syndrome (ARDS) involves ferroptotic markers in lung tissues.
- Indian scientists are exploring natural antioxidants (like curcumin, resveratrol) to modulate ferroptosis in diseases including COVID-19 and diabetes.
Conclusion
Ferroptosis is a promising field in modern biology that offers insights into how cells die under oxidative and iron-related stress. Its involvement in COVID-19, cancer, and neurodegenerative diseases makes it a crucial area of study for developing next-generation therapies. Understanding and harnessing this mechanism can significantly improve human health outcomes.
TAMIL VERSION
ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் என்றால் என்ன? இந்த செல் மரண வழிமுறை COVID-19 மற்றும் பிற நோய்களுடன் எவ்வாறு தொடர்புடையது?
அறிமுகம்
ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் என்பது சமீபத்தில் கண்டறியப்பட்ட ஒரு ஒழுங்கமைக்கப்பட்ட செல் மரண வடிவமாகும், இது இரும்பு (இரும்பு-சார்ந்த) மற்றும் லிப்பிட் பெராக்ஸைடுகளின் கொடிய அளவு திரட்சியால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது. அப்போப்டோசிஸ் (திட்டமிடப்பட்ட செல் மரணம்), நெக்ரோசிஸ் அல்லது ஆட்டோபாகி போலல்லாமல், ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் தனித்துவமான உயிர்வேதியியல் வழிமுறைகள் மற்றும் உருவவியல் அம்சங்களைக் கொண்டுள்ளது.
ஃபெர்ரோப்டோசிஸின் வழிமுறை
- தூண்டுதல்: இது முதன்மையாக இரும்பு (Fe²⁺) இருப்பில் ஆக்ஸிடேட்டிவ் அழுத்தத்தால் தூண்டப்படுகிறது.
- முக்கிய அம்சங்கள்:
- செல்களில் இரும்பு அதிகரிப்பு.
- செல் சவ்வில் உள்ள பாலியன்சாச்சுரேட்டட் கொழுப்பு அமிலங்களின் லிப்பிட் பெராக்ஸிடேஷன்.
- ஆன்டிஆக்ஸிடன்ட் பாதுகாப்பு தோல்வி, குறிப்பாக குளுததயோன் பெராக்ஸிடேஸ் 4 (GPX4) தொடர்பானது.
- உருவவியல்: மைட்டோகாண்ட்ரியாவின் சுருக்கம், சவ்வு அடர்த்தி அதிகரிப்பு, மற்றும் டிஎன்ஏ பிளவு போன்ற பொதுவான அப்போப்டோடிக் அம்சங்களின் பற்றாக்குறை.
ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் மற்றும் மனித நோய்கள்
ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் மனித நோய்களில் இரட்டைப் பங்கு வகிக்கிறது — இது திசு சேதத்திற்கு பங்களிக்கலாம் அல்லது வீரியமுள்ள செல்களை அகற்ற உதவலாம்.
- நரம்பியல் கோளாறுகள்
- அல்சைமர், பார்கின்சன், மற்றும் ஹன்டிங்டன் நோய்களில் இரும்பு திரட்சி மற்றும் லிப்பிட் பெராக்ஸிடேஷன் ஆதாரங்கள் காணப்படுகின்றன.
- ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் நரம்பு செல்களின் சிதைவுக்கு பங்களிக்கிறது.
- புற்றுநோய்
- அப்போப்டோசிஸுக்கு எதிர்ப்புத் திறன் கொண்ட புற்றுநோய் செல்களை அழிக்க ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் ஒரு சிகிச்சை உத்தியாக ஆராயப்படுகிறது.
- கணைய புற்றுநோய், கல்லீரல் புற்றுநோய், மற்றும் சிறுநீரக செல் கார்சினோமாவுக்கு ஃபெர்ரோப்டோசிஸை தூண்டும் மருந்துகள் மருத்துவ பரிசோதனைகளில் உள்ளன.
- இருதய நோய்கள்
- ஆக்ஸிடேட்டிவ் அழுத்தத்தால் மாரடைப்பு-மறு புரதப்படுத்தல் காயம், இதய செயலிழப்பு, மற்றும் ஆதிரோஸ்கிளிரோசிஸுக்கு ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் பங்களிக்கிறது.
- கல்லீரல் நோய்கள்
- ஆல்கஹால் இல்லாத கொழுப்பு கல்லீரல் நோய் (NAFLD) மற்றும் ஹெபடைடிஸ் போன்ற நிலைகள் ஃபெர்ரோப்டோசிஸின் குறிப்பான்களைக் காட்டுகின்றன.
ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் மற்றும் COVID-19
SARS-CoV-2 வைரஸ் (COVID-19 ஐ ஏற்படுத்தும்) ஒரு வலுவான அழற்சி எதிர்வினையைத் தூண்டுகிறது, இது சைட்டோகைன் புயல் என அறியப்படுகிறது, இது உறுப்பு செயலிழப்புக்கு வழிவகுக்கும். சமீபத்திய ஆராய்ச்சிகள் குறிப்பிடுவது:
- COVID-19 நோயாளிகளில் இரும்பு வளர்சிதை மாற்றம் பாதிக்கப்படுகிறது (உயர்ந்த ஃபெரிடின் அளவுகள்).
- ஆக்ஸிடேட்டிவ் அழுத்தம் மற்றும் அழற்சி ஃபெர்ரோப்டோசிஸுக்கு உகந்த சூழலை உருவாக்குகிறது.
- கடுமையான COVID-19 நிகழ்வுகளில் நுரையீரல் காயம் மற்றும் பல உறுப்பு சேதத்தில் ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் ஈடுபட்டிருக்கலாம்.
- சிகிச்சை கோணம்: லிப்ராக்ஸ்ஸ்டாடின்-1 போன்ற ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் தடுப்பான்கள் கடுமையான COVID-19 இல் திசு சேதத்தைக் குறைக்க ஆராயப்படுகின்றன.
சமீபத்திய ஆராய்ச்சி மற்றும் முன்னேற்றங்கள்
- 2023 ஆய்வுகள், COVID-19 தொடர்புடைய கடுமையான சுவாசக் கோளாறு நோய்க்குறி (ARDS) நுரையீரல் திசுக்களில் ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் குறிப்பான்களை உள்ளடக்கியிருப்பதாகக் காட்டியுள்ளன.
- இந்திய விஞ்ஞானிகள், கற்குமின், ரெஸ்வெராட்ரால் போன்ற இயற்கை ஆன்டிஆக்ஸிடன்ட்களைப் பயன்படுத்தி, COVID-19 மற்றும் நீரிழிவு உள்ளிட்ட நோய்களில் ஃபெர்ரோப்டோசிஸை மாற்றியமைக்க ஆராய்கின்றனர்.
முடிவு
ஃபெர்ரோப்டோசிஸ் என்பது நவீன உயிரியலில் ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய துறையாகும், இது ஆக்ஸிடேட்டிவ் மற்றும் இரும்பு தொடர்பான அழுத்தத்தில் செல்கள் எவ்வாறு இறக்கின்றன என்பதற்கு நுண்ணறிவை வழங்குகிறது. COVID-19, புற்றுநோய், மற்றும் நரம்பு சிதைவு நோய்களில் இதன் ஈடுபாடு, அடுத்த தலைமுறை சிகிச்சைகளை உருவாக்குவதற்கு இதை ஒரு முக்கிய ஆய்வுத் துறையாக ஆக்குகிறது. இந்த வழிமுறையைப் புரிந்து கொள்வதும், அதைப் பயன்படுத்துவதும் மனித ஆரோக்கிய முடிவுகளை கணிசமாக மேம்படுத்தும்.
