मेंदू आकार घेत असताना नवजात न्यूरॉन्स DNA तोडतात आणि दुरुस्त करतात

धोकादायक प्रवास हा सामान्य मेंदू बांधणीचा भाग असल्यासारखा दिसतो

विकसित होत असलेल्या मेंदूत नवीन न्यूरॉन्स आपल्या अंतिम ठिकाणी सहजपणे पोहोचत नाहीत. सेरेब्रल कॉर्टेक्स तयार करण्यासाठी त्यांना गर्दीच्या, यांत्रिकदृष्ट्या कठीण ऊतींमधून मार्ग काढावा लागतो, इतर पेशी आणि संरचनात्मक तंतूंना चुकवत, आणि मग ते संवेदना, हालचाल आणि विचारांना आधार देणाऱ्या सर्किटमध्ये सामील होतात. Nature मध्ये प्रकाशित नवीन अभ्यासानुसार, या स्थलांतरासोबत एक अनपेक्षित जैविक किंमत येते: या पेशींपैकी अनेकांच्या DNA मध्ये डबल-स्ट्रँड ब्रेक्स होतात, जे जनुकीय नुकसानीच्या सर्वात गंभीर प्रकारांपैकी एक आहेत.

या निष्कर्षातील लक्षवेधी भाग केवळ नुकसान होते हा नाही, तर सामान्य कॉर्टेक्स निर्मितीदरम्यान ते नियमितपणे होत असल्याचे दिसते हा आहे. Kyoto University च्या Institute for Integrated Cell-Material Sciences मधील संशोधक आणि सहकाऱ्यांनी नोंदवले की विकसित होत असलेला मेंदू हा ताण सहन करू शकतो कारण प्रभावित न्यूरॉन्स हे ब्रेक्स जलद दुरुस्त करतात, आणि त्यामुळे कायमस्वरूपी हानी होण्याआधीच ते होते असे दिसते. दुसऱ्या शब्दांत, जे सामान्यतः पेशीय आपत्कालीन स्थिती म्हणून पाहिले जाईल, ते प्रारंभिक मेंदू विकासाचे अंगभूत वैशिष्ट्यही असू शकते.

यामुळे वाढत्या मेंदूमधील असुरक्षिततेबद्दल वैज्ञानिक कसा विचार करतात याचा पुनर्विचार होतो. DNA डबल-स्ट्रँड ब्रेक्स सहसा उत्परिवर्तन, पेशी मृत्यू किंवा रोगाशी जोडले जातात. पण या प्रकरणात, अभ्यास सूचित करतो की दुरुस्ती यंत्रणा वेग राखत असेल तर ते सामान्य विकास प्रक्रियेचे उपउत्पादन म्हणून उद्भवू शकतात. हे काम DNA नुकसान निरुपद्रवी आहे असे म्हणत नाही. त्याऐवजी, ते यांत्रिक ताण, पेशीय अनुकूलन आणि जलद दुरुस्ती यांच्यातील अरुंद समतोल दाखवते.

हालचाल आणि DNA नुकसान यांना टीमने कसे जोडले

संशोधकांनी त्या भौतिक आव्हानावर लक्ष केंद्रित केले जे नवजात न्यूरॉन्सना दाट ऊतींतून जाताना भेडसावते. हा प्रवास स्वतःच नुकसान निर्माण करू शकतो का हे तपासण्यासाठी, त्यांनी प्रयोगात्मकरीत्या अशा परिस्थिती निर्माण केल्या, ज्यात न्यूरॉन्सना विकसित होत असलेल्या मेंदूमध्ये आढळणाऱ्या अरुंद जागांची नक्कल करणाऱ्या मायक्रोचॅनेल्समधून मार्गदर्शन केले गेले. फ्लोरोसेंट मार्कर्स वापरून, त्यांनी पाहिले की पेशी त्या घट्ट जागांतून जात असताना डबल-स्ट्रँड ब्रेक्स दिसले आणि पेशी बाहेर आल्यानंतर ते नाहीसे झाले.

अभ्यासानुसार, बहुतेक नुकसान 24 तासांच्या आत दुरुस्त झाले, आणि स्रोत लेखात असे म्हटले आहे की त्या काळात न्यूरोनल कार्यावर कायमस्वरूपी परिणाम दिसून आला नाही. ही जलद पुनर्प्राप्ती पेपरच्या महत्त्वाची केंद्रबिंदू आहे. यावरून असे सूचित होते की विकसित होत असलेला मेंदू केवळ अपरिहार्य इजेच्या संपर्कात नाही, तर महत्त्वाच्या बांधकाम टप्प्यात वारंवार येणारा धोका हाताळण्याचा मार्गही विकसित झाला आहे.

संशोधकांनी हे ब्रेक्स Topoisomerase IIβ या एन्झाइमशी जोडले, जे सामान्यतः DNA मधील torsional ताण कमी करण्यास मदत करते. दैनंदिन पेशीय क्रियेत DNA वळू शकतो आणि ताणाखाली येऊ शकतो, आणि हे एन्झाइम तो ताण कमी करण्यासाठी नियंत्रित काप करते, त्यानंतर साखळ्या पुन्हा जोडल्या जातात. मात्र यांत्रिक ताणाखाली, अभ्यासात असे आढळले की एन्झाइम मधेच अडकू शकते, ज्यामुळे स्वच्छ दुरुस्ती चक्र पूर्ण करण्याऐवजी तुटलेले DNA टोक मागे राहतात.

ही तुटलेली टोके मग nonhomologous end joining नावाच्या दुरुस्ती यंत्रणेद्वारे पुन्हा जोडली जातात. हा मार्ग एक प्रकारची आपत्कालीन पुनर्स्थापना प्रणाली म्हणून काम करतो, यांत्रिक ताण गेल्यानंतर टोक पुन्हा शिवून टाकतो. सामान्य न्यूरोनल स्थलांतर हे एका सामान्य विकासात्मक घटनेचे व्यापक बिघाडात रूपांतर न होता पुढे जाऊ शकण्यामागे ही दुरुस्तीच कारणीभूत आहे, हा अभ्यासाचा मुख्य युक्तिवाद आहे.

मूलभूत जीवशास्त्रापलीकडे याला का महत्त्व आहे

ही निरीक्षणे न्यूरोलॉजिकल जोखमीबद्दल एक व्यापक प्रश्न उघडतात. जर निरोगी विकसित होणारा मेंदू नियमितपणे गंभीर DNA जखमा निर्माण करून त्या दुरुस्त करत असेल, तर त्या दुरुस्ती क्षमतेच्या मर्यादा अत्यंत महत्त्वाच्या ठरतात. जी प्रणाली सामान्य परिस्थितीत कार्य करते, ती दुरुस्ती उशिरा झाली, अपूर्ण राहिली किंवा आनुवंशिकदृष्ट्या बिघडली तर अधिक महत्त्वाची ठरू शकते.

हेच एक कारण आहे की हे काम विकासात्मक न्यूरोसायन्सपलीकडेही प्रतिध्वनित होऊ शकते. स्रोत लेखात प्रमुख संशोधक Mineko Kengaku यांचे उद्धरण देत म्हटले आहे की मेंदूची सहनशीलता कितीपर्यंत आहे आणि दुरुस्ती अपूर्ण असताना काय घडते हे समजून घेतल्याने वैज्ञानिकांना विविध न्यूरोलॉजिकल स्थिती समजण्याच्या अधिक जवळ जाता येईल. हा अभ्यास विशिष्ट विकारांशी थेट संबंध प्रस्थापित करत नाही, पण विकासात्मक ताण, DNA दुरुस्तीतील दोष किंवा असामान्य ऊतक वातावरण नंतरच्या समस्यांना कसे कारणीभूत ठरू शकते याबद्दल विचारण्यासाठी तो एक शक्य चौकट तयार करतो.

तो सामान्य विकासात्मक ताण आणि रोगात्मक नुकसान यातील फरकही अधिक स्पष्ट करतो. DNA ब्रेकचा तोच प्रकार संदर्भ, वेळ आणि पेशीच्या पुनर्प्राप्ती क्षमतेनुसार खूप वेगळे परिणाम देऊ शकतो. विकसित होत असलेल्या कॉर्टेक्समध्ये, स्थलांतरादरम्यान होणाऱ्या तात्पुरत्या वाढीव नुकसानाला न्यूरॉन्स तोंड देऊ शकतात, असे अभ्यास सूचित करतो. इतर जैविक परिस्थितींमध्ये, कर्करोगासह, स्रोत नमूद करतो की अशाच प्रकारचे स्थलांतर-संबंधित नुकसान खूप वेगळ्या प्रकारे घडू शकते.

हा विरोधाभास महत्त्वाचा आहे, कारण DNA नुकसान ही एकच कथा नाही, हे तो अधोरेखित करतो. त्याचा अर्थ काय आहे हे ते कशामुळे झाले, ते उलटवता येते का, आणि पुढे काय घडते यावर अवलंबून असते. विकसित होणारा मेंदू या ब्रेक्सना स्वतःची उभारणी करण्याचा व्यवस्थापित करता येणारा परिणाम म्हणून हाताळत असल्याचे दिसते. हे व्यवस्थापन अपयशी ठरल्यावर रोग सुरू होऊ शकतो.

विकासात्मक लवचिकतेचा नवा दृष्टिकोन

अभ्यासाचे एक महत्त्वाचे परिणाम वैचारिक आहेत. मेंदूचा विकास अनेकदा अचूक समन्वयित म्हणून वर्णन केला जातो, पण हे काम दाखवते की तो समन्वय प्रत्यक्षात किती खडतर असू शकतो. पेशी केवळ संरक्षित वातावरणात आनुवंशिक सूचना वाचत नाहीत. त्या अरुंद जागांतून जात आहेत, यांत्रिक शक्तींना तोंड देत आहेत, आणि अशा आण्विक प्रणालींवर अवलंबून आहेत ज्यांना पुनर्संचयित होण्यापूर्वी अपयशाकडे ढकलले जाऊ शकते.

त्यामुळे विकसित होत असलेला कॉर्टेक्स स्थिर आराखड्यासारखा कमी आणि सक्रिय बांधकामस्थळासारखा जास्त दिसतो, जिथे नुकसान नियंत्रण हे कामाचा भाग आहे. संशोधकांच्या मायक्रोचॅनेल प्रयोगांनी हा मुद्दा अधिक बळकट केला, कारण फक्त भूमिती आणि मर्यादा ब्रेक्स सुरू करण्यासाठी पुरेशी असू शकतात हे त्यांनी दाखवले. धोका मार्गातच अंतर्भूत आहे.

भविष्यातील संशोधनासाठी, हा दुरुस्ती यंत्रणा कधी अपुरी ठरते हे ठरवणे ही पुढची स्पष्ट पायरी आहे. काही न्यूरॉन लोकसमूह इतरांपेक्षा अधिक उघडे पडतात का, गर्भधारणेदरम्यानचा कालावधी जोखीम बदलतो का, आणि पर्यावरणीय किंवा आनुवंशिक घटक दुरुस्त करता येण्याजोग्या प्रक्रियेला हानिकारक प्रक्रियेत ढकलू शकतात का, हे वैज्ञानिकांना जाणून घ्यायचे असेल. तितकेच महत्त्वाचे म्हणजे, अभ्यासातील मॉडेल प्रणालींमध्ये दिसते तितकेच हेच यंत्रणे मानवी विकासातही व्यापकपणे कार्य करतात का, असा प्रश्न ते विचारू शकतात.

आत्ता तरी, हे काम प्रारंभिक मेंदू निर्मितीचे अधिक तीक्ष्ण, सूक्ष्म चित्र देते. नवजात न्यूरॉन्स गंभीर DNA बिघाड सहन करत आहेत कारण विकास चुकला आहे म्हणून नाही, तर योग्य जागी पोहोचणे अंतर्निहितपणे धोकादायक आहे म्हणून. आश्चर्य हे की मेंदू त्या धोक्यासाठी तयार असल्यासारखा दिसतो, आणि बांधकाम वेळापत्रकानुसार सुरू राहावे म्हणून तो ब्रेक्स इतक्या जलद दुरुस्त करतो.

हा लेख Medical Xpress च्या वार्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.