रीढ़ की हड्डी के विकास में प्रोटीन नेट्रिन1 की 'पूरी तरह से अप्रत्याशित' भूमिका

अपने अक्षतंतु मार्गदर्शन गुणों के लिए जाना जाने वाला, नए शोध से पता चलता है कि प्रोटीन तंत्रिका विकास को निर्देशित करने में महत्वपूर्ण है

चाबी छीनना

• यूसीएलए शोधकर्ताओं ने तंत्रिका विकास में एक महत्वपूर्ण प्रोटीन, नेट्रिन1 की एक आश्चर्यजनक नई भूमिका को उजागर किया है, जो एक नियामक के रूप में है जो विकासशील रीढ़ की हड्डी में हड्डी मॉर्फोजेनेटिक प्रोटीन सिग्नलिंग को सीमित करता है।
• निष्कर्ष नेट्रिन1 को एक बहुक्रियाशील अणु के रूप में प्रकट करते हैं जो प्रारंभिक रीढ़ की हड्डी के विकास को व्यवस्थित करता है और बाद में तंत्रिका फाइबर के विकास को निर्देशित करता है।
• ये निष्कर्ष संभावित चिकित्सीय रणनीतियों के लिए आधार तैयार कर सकते हैं जो तंत्रिका मरम्मत और पुनर्जनन की सुविधा के लिए नेट्रिन1 के अद्वितीय गुणों का लाभ उठाते हैं।

यूसीएलए में एली और एडिथ ब्रॉड सेंटर ऑफ रीजनरेटिव मेडिसिन और स्टेम सेल रिसर्च के वैज्ञानिकों ने विकासशील रीढ़ की हड्डी को व्यवस्थित करने में अणु नेट्रिन1 की अप्रत्याशित भूमिका का खुलासा किया है।

शोधकर्ताओं ने पता लगाया कि नेट्रिन1, जिसे मुख्य रूप से एक मार्गदर्शन संकेत के रूप में जाना जाता है जो बढ़ते तंत्रिका तंतुओं को निर्देशित करता है, रीढ़ की हड्डी के विशिष्ट क्षेत्रों को संकेत देने वाले हड्डी मॉर्फोजेनेटिक प्रोटीन या बीएमपी को भी सीमित करता है। यह सीमा-निर्धारण कार्य महत्वपूर्ण है क्योंकि संवेदी न्यूरॉन्स के ठीक से विकसित होने के लिए यह सिग्नलिंग गतिविधि सटीक रूप से पृष्ठीय क्षेत्र तक ही सीमित होनी चाहिए।

सेल रिपोर्ट्स में प्रकाशित उनके निष्कर्ष हमारी समझ को नया आकार देते हैं कि भ्रूण के विकास के दौरान जटिल स्पाइनल सर्किट कैसे स्थापित होते हैं और रीढ़ की हड्डी की मरम्मत के लिए भविष्य की चिकित्सीय रणनीतियों को सूचित कर सकते हैं।

शोध का नेतृत्व डेविड गेफेन स्कूल ऑफ मेडिसिन में न्यूरोबायोलॉजी के प्रोफेसर, वरिष्ठ लेखक सामंथा बटलर ने किया था।

यूसीएलए ब्रॉड स्टेम सेल रिसर्च सेंटर के सदस्य बटलर ने कहा, “यह वैज्ञानिक जिज्ञासा की कहानी है – कुछ अजीब की खोज करना और यह समझने की कोशिश करना कि ऐसा क्यों हुआ।” “हमने पाया कि नेट्रिन1, जिसे हम लंबे समय से तंत्रिका सर्किट के एक शक्तिशाली वास्तुकार के रूप में जानते हैं, की प्रारंभिक विकास के दौरान रीढ़ की हड्डी को व्यवस्थित करने में पूरी तरह से अप्रत्याशित भूमिका है।”

पृष्ठीय रीढ़ की हड्डी का विकास, जहां स्पर्श और दर्द जैसे संवेदी इनपुट संसाधित होते हैं, सटीक विभाजन और संगठन की विशेषता है। इन संवेदी प्रक्रियाओं के कार्य करने के लिए, विशिष्ट न्यूरॉन्स को सावधानीपूर्वक परिभाषित क्षेत्रों में बनना चाहिए। यह गतिविधि बीएमपी सिग्नलिंग द्वारा संचालित होती है, जो केवल पृष्ठीय रीढ़ की हड्डी की सीमाओं के भीतर होती है।

बीएमपी संकेतों को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे रीढ़ के अन्य क्षेत्रों में न फैलें, जिससे अन्य न्यूरॉन प्रकारों का निर्माण बाधित न हो। बटलर और उनकी टीम ने जिस महत्वपूर्ण सीमा रक्षक की खोज की, वह नेट्रिन1 था।

बटलर की प्रयोगशाला में स्नातक छात्र और अध्ययन के पहले लेखक सैंडी अल्वारेज़ ने कहा, “बीएमपी और नेट्रिन1 जैसे सिग्नलिंग अणुओं की क्षेत्रीय विशिष्टता उचित तंत्रिका नेटवर्क गठन और कार्य के लिए बेहद महत्वपूर्ण है।” “नेट्रिन1 के विनियमन के बिना, हम संभवतः एक अव्यवस्थित तंत्रिका नेटवर्क देखेंगे, जो संभावित रूप से प्रभावित करेगा कि अक्षतंतु अपने लक्ष्य तक कैसे और कैसे पहुंचेंगे।”

बीएमपी सिग्नलिंग पर सीमाएं निर्धारित करके, नेट्रिन1 यह सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है कि संवेदी न्यूरॉन्स पृष्ठीय क्षेत्र में मोटर और उदर क्षेत्र में इंटिरियरनों से दूर विकसित होते हैं, जो पूरे शरीर में संवेदी इनपुट और मोटर आउटपुट के उचित रिले के लिए आवश्यक विभाजन है।

2017 में, बटलर और उनके सहयोगियों ने भ्रूण के विकास के दौरान एक्सॉन वृद्धि के बारे में लंबे समय से चले आ रहे प्रतिमान को पलट दिया। दशकों से, वैज्ञानिकों का मानना ​​था कि अक्षतंतु – पतले तंतु जो तंत्रिका तंत्र में कोशिकाओं को जोड़ते हैं – लंबी दूरी पर नेट्रिन1 जैसे मार्गदर्शन संकेतों द्वारा आकर्षित या विकर्षित होते थे। हालाँकि, बटलर के शोध से पता चला कि नेट्रिन1 एक चिपचिपी चिपकने वाली सतह की तरह अधिक कार्य करता है, जो दूर के संकेत के रूप में कार्य करने के बजाय सीधे मार्गों के साथ अक्षतंतु वृद्धि का मार्गदर्शन करता है।

इस अप्रत्याशित खोज ने बटलर की टीम को और अधिक अन्वेषण करने के लिए प्रेरित किया। चिकन और चूहे के भ्रूण के साथ-साथ चूहे के भ्रूण स्टेम कोशिकाओं के साथ लाभ-कार्य प्रयोगों में, उन्होंने परिणामी परिवर्तनों का निरीक्षण करने के लिए विकासशील रीढ़ की हड्डी में नेट्रिन 1 का एक ट्रेस करने योग्य संस्करण पेश किया।

उत्सुकतावश, उन्होंने पाया कि अक्षतंतु गायब हो गए थे।

अल्वारेज़ ने शुरू में सोचा कि कुछ गलत हो गया है – कि उसके प्रयोग विफल हो गए हैं। लेकिन जब नतीजे कई बार दोहराए गए, तो उसने आश्चर्यजनक संबंध बनाया।

अल्वारेज़ ने कहा, “हम जानते थे कि बीएमपी भ्रूण के विकास के दौरान पृष्ठीय रीढ़ की हड्डी के पैटर्न में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, लेकिन नेट्रिन1 और बीएमपी सिग्नलिंग के बीच बातचीत के बारे में वस्तुतः कोई वैज्ञानिक साहित्य नहीं था।” “मुझे एहसास हुआ कि मैं जो देख रहा था वह हमारे पशु मॉडल में नेट्रिन1 द्वारा बीएमपी गतिविधि का दमन था।”

पशु मॉडल में आनुवंशिक दृष्टिकोण के संयोजन का उपयोग करते हुए, टीम ने प्रदर्शित किया कि नेट्रिन1 के स्तर में हेरफेर करने से विशेष रूप से पृष्ठीय रीढ़ की हड्डी में कुछ तंत्रिका कोशिकाओं के पैटर्न में बदलाव आया है। जब नेट्रिन1 का स्तर बढ़ा, तो कुछ पृष्ठीय तंत्रिका कोशिका आबादी गायब हो गई; जब नेट्रिन1 को हटा दिया गया, तो इन आबादी का विस्तार हुआ।

आगे के जैव सूचना विज्ञान विश्लेषण ने यह स्थापित करने में मदद की कि ऐसा क्यों हो रहा था: शोधकर्ताओं ने पाया कि नेट्रिन1 अप्रत्यक्ष रूप से आरएनए अनुवाद को नियंत्रित करके बीएमपी गतिविधि को रोक रहा था।

बटलर ने कहा, “नेट्रिन1 न्यूरोनल सर्किट का सबसे शक्तिशाली वास्तुकार है जिसके साथ मैंने कभी काम किया है।” “हमारा अगला प्रयास यह समझना होगा कि हम तंत्रिका क्षति या घायल रीढ़ की हड्डी वाले रोगियों में सर्किटरी के पुनर्निर्माण के लिए नेट्रिन1 को कैसे तैनात कर सकते हैं।”

जबकि टीम यह पता लगाना जारी रखेगी कि ये निष्कर्ष संभावित नैदानिक ​​​​अनुप्रयोगों को कैसे सूचित कर सकते हैं, जिसमें तंत्रिका मरम्मत के लिए नेट्रिन1-आधारित उपचार भी शामिल हैं, उनके निष्कर्षों का रीढ़ की हड्डी के विकास से परे भी प्रभाव हो सकता है। नेट्रिन1 और बीएमपी पूरे शरीर के अन्य अंगों में भी व्यक्त होते हैं जहां सटीक कोशिका पैटर्निंग महत्वपूर्ण है।

अल्वारेज़ ने कहा, “हमारे परिणाम यह पुनर्मूल्यांकन करने की आवश्यकता का सुझाव देते हैं कि नेट्रिन1 और बीएमपी अन्य प्रणालियों में कैसे बातचीत करते हैं।” “यह कुछ कोशिका प्रकार के कैंसर या विकासात्मक व्यवधानों के बारे में हमारी समझ को सूचित कर सकता है जहां बीएमपी और नेट्रिन1 शामिल हैं।”

अन्य यूसीएलए लेखकों में संदीप गुप्ता, येसिका मर्काडो-एयोन, कैटिलिन हनीचर्च, क्रिस्टियन रोड्रिग्ज और रिकी कावागुची शामिल हैं।