Bone regulates locomotion by sustaining motoneuronal mitochondrial function
यह अध्ययन प्रकट करता है कि अस्थि-व्युत्पन्न ऑस्टियोकैल्सिनिन (osteocalcin), जीप्र (GPR158) रिसेप्टर के माध्यम से सिग्नलिंग करके माइटोकॉन्ड्रियल गतिविधि और ऑटोफैगी को नियंत्रित करता है, जिससे स्पाइनल मोटोन्यूरॉन कार्य और लोकोमोशन (संचलन) बना रहता है, और इस प्रकार उम्र से संबंधित मोटर गिरावट को उलटने के लिए एक संभावित तंत्र प्रदान करता है।
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मानव शरीर की कल्पना अक्सर अलग-अलग प्रणालियों के एक संग्रह के रूप में की जाती है: मस्तिष्क सोचता है, हृदय पंप करता है, हड्डियाँ हमें थामे रखती हैं, और मांसपेशियां हमें चलाती हैं। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने इन अंगों को अलग-थलग काम करने वाले हिस्सों के रूप में देखा, जहाँ मस्तिष्क रीढ़ की हड्डी के माध्यम से मांसपेशियों को आदेश भेजता था, जबकि कंकाल केवल एक स्थिर ढांचा प्रदान करता था। हालाँकि, शोध के एक बढ़ते समूह ने यह खुलासा किया है कि शरीर कहीं अधिक परस्पर जुड़ा हुआ है। वे अंग जिन्हें कभी निष्क्रिय संरचना माना जाता था, अब ज्ञात हैं कि वे रासायनिक संकेत, या हार्मोन छोड़ते हैं जो मस्तिष्क से बात करने के लिए रक्त के माध्यम से यात्रा करते हैं। यह बातचीत मस्तिष्क को शरीर के ऊर्जा स्तरों को समझने और उसके अनुसार अपने कार्यों को समायोजित करने में मदद करती है। ऐसा ही एक अंग है हड्डी। जिसे कभी केवल एक कठोर मचान माना जाता था, अब उसे एक सक्रिय अंतःस्रावी अंग (endocrine organ) के रूप में समझा जाता है जो चयापचय और यहाँ तक कि मस्तिष्क के कार्यों को नियंत्रित करने के लिए हार्मोन स्रावित करता है। यह एक सम्मोहक प्रश्न खड़ा करता है: यदि हड्डियाँ मस्तिष्क से बात कर सकती हैं, तो क्या वे रीढ़ की हड्डी से भी बात कर सकती हैं, जो मस्तिष्क को मांसपेशियों से जोड़ने वाला एक महत्वपूर्ण राजमार्ग है? यदि वे कर सकती हैं, तो यह संचार हमारे बढ़ने की उम्र के साथ अपनी गति करने की क्षमता बनाए रखने के तरीके को समझने की कुंजी हो सकता है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने कंकाल और रीढ़ की हड्डी के बीच इस छिपे हुए संबंध को खोजने के उद्देश्य से काम शुरू किया। उन्होंने हड्डी द्वारा उत्पादित एक विशिष्ट हार्मोन पर ध्यान केंद्रित किया जिसे ऑस्टियोकैल्सीन (osteocalcin) कहा जाता है। यह हार्मोन जाना जाता है कि यह शरीर के ऊर्जा उपयोग और मस्तिष्क द्वारा तनाव को संभालने के तरीके को प्रभावित करता है। वैज्ञानिक यह जानना चाहते थे कि क्या ऑस्टियोकैल्सीन गति को नियंत्रित करने में भी भूमिका निभाता है। उन्होंने रीढ़ की हड्डी, विशेष रूप से मोटर न्यूरॉन्स (motor neurons) का अध्ययन करना शुरू किया। ये लंबी, विशिष्ट तंत्रिका कोशिकाएं हैं जो रीढ़ से मांसपेशियों तक संकेत ले जाती हैं, उन्हें सिकुड़ने और चलने के लिए कहती हैं। क्योंकि इन कोशिकाओं को लंबी दूरी तक संकेत भेजने होते हैं, इसलिए उन्हें कार्य करने के लिए जबरदस्त ऊर्जा की आवश्यकता होती है। शोधकर्ताओं को संदेह था कि इन कोशिकाओं के पास ऑस्टियोकैल्सीन जैसे हार्मोन के माध्यम से शरीर की ऊर्जा स्थिति को समझने का कोई तरीका हो सकता है।
इस विचार का परीक्षण करने के लिए, वैज्ञानिकों को पहले यह पता लगाने की आवश्यकता थी कि क्या मोटर न्यूरॉन्स में वास्तव में ऑस्टियोकैल्सीन से संकेत प्राप्त करने की क्षमता है। उन्होंने रीढ़ की हड्डी की विभिन्न कोशिकाओं की आनुवंशिक संरचना की जांच की और पाया कि मोटर न्यूरॉन्स में एक विशिष्ट रिसेप्टर, जिसे आणविक एंटीना (molecular antenna) कहा जाता है, मौजूद है जिसका नाम GPR158 है। यह रिसेप्टर मोटर न्यूरॉन्स पर बड़ी संख्या में पाया जाता है लेकिन रीढ़ की हड्डी की अन्य प्रकार की कोशिकाओं में काफी हद तक अनुपस्थित होता है। इस खोज ने सुझाव दिया कि मोटर न्यूरॉन्स उन संकेतों को सुनने के लिए तैयार हैं जिन्हें अन्य कोशिकाएं अनदेखा कर सकती हैं। शोधकर्ताओं ने फिर पुष्टि की कि ऑस्टियोकैल्सीन इस रिसेप्टर से जुड़ता है। जब उन्होंने स्पाइनल कॉर्ड के स्लाइस (slices) को ऑस्टियोकैल्सीन दिया, तो मोटर न्यूरॉन्स ने प्रतिक्रिया दी, उनकी विद्युत गतिविधि बदल गई और मांसपेशियों तक संकेत भेजने के लिए आवश्यक प्रोटीन का उत्पादन बढ़ गया। इसने सिद्ध कर दिया कि हड्डी का हार्मोन सीधे उन कोशिकाओं को प्रभावित कर सकता है जो गति के लिए जिम्मेदार हैं।
इसके बाद टीम ने जांच की कि जब यह संचार रेखा टूट जाती है तो क्या होता है। उन्होंने उन चूहों का अध्ययन किया जो आनुवंशिक रूप से ऑस्टियोकैल्सीन बनाने में असमर्थ थे या जिनमें मोटर न्यूरॉन्स पर GPR158 रिसेप्टर की कमी थी। उन चूहों को समन्वय और संतुलन के लिए आवश्यक कार्यों, जैसे कि संकीर्ण बीम पर चलने या घूमती हुई छड़ पर टिके रहने में काफी संघर्ष करना पड़ा। वे केवल कम नहीं चले; बल्कि उनकी गतिविधियों को समन्वय करने की क्षमता बाधित हो गई थी। इससे संकेत मिला कि हड्डी-से-रीढ़ की हड्डी का यह संकेत केवल पृष्ठभूमि का शोर नहीं है, बल्कि सुचारू, नियंत्रित गति के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता है। शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि इस संकेत के बिना, मोटर न्यूरॉन्स एक प्रमुख प्रोटीन, जिसे कोलीन एसिटाइलट्रांसफेरेज़ (choline acetyltransferase) कहा जाता है, का कम उत्पादन करते हैं, जो तंत्रिका संकेतों के रासायनिक संचरण के लिए आवश्यक है। इससे पता चला कि संचार की कमी के कारण न्यूरॉन्स अपनी कार्यात्मक क्षमता खो रहे थे।
गहराई से जांच करते हुए, वैज्ञानिकों ने इस कार्यक्षमता के नुकसान के पीछे के तंत्र को समझने का प्रयास किया। उन्होंने मोटर न्यूरॉन्स के भीतर प्रोटीन का विश्लेषण किया और पाया कि ऑस्टियोकैल्सीन का संकेत कोशिका के पावर प्लांट, यानी माइटोकॉन्ड्रिया (mitochondria) के स्वास्थ्य को बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है। माइटोकॉन्ड्रिया छोटी संरचनाएं हैं जो कोशिकाओं को जीवित रहने के लिए आवश्यक ऊर्जा उत्पन्न करती हैं। समय के साथ, ये पावर प्लांट क्षतिग्रस्त और अक्षम हो सकते हैं। कोशिकाओं के पास सामान्यतः एक सफाई दल होता है, जिसे माइटोफैगी (mitophagy) नामक प्रक्रिया कहा जाता है, जो इन क्षतिग्रस्त माइटोकॉन्ड्रिया की पहचान करती है और उन्हें हटा देती है, और उनकी जगह नए, स्वस्थ माइटोकॉन्ड्रिया लाती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि ऑस्टियोकैल्सीन का संकेत इस सफाई प्रक्रिया को सक्रिय करता है। संकेत की कमी वाले चूहों में, मोटर न्यूरॉन्स में क्षतिग्रस्त माइटोकॉन्ड्रिया जमा हो गए और वे उन्हें साफ करने में विफल रहे। कोशिकीय कचरे का यह संचय गति संबंधी समस्याओं का मूल कारण प्रतीत हुआ। अध्ययन ने दिखाया कि जब शोधकर्ताओं ने कृत्रिम रूप से सफाई प्रक्रिया को बहाल किया या माइटोकॉन्ड्रिया के ऊर्जा उत्पादन को बढ़ाया, तो गति संबंधी कमियां दूर हो गईं, भले ही उन चूहों में हड्डी हार्मोन की कमी थी।
शायद सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्ष बुढ़ापे से संबंधित था। जैसे-जैसे स्तनधारी बूढ़े होते हैं, रक्त में संचारित होने वाले ऑस्टियोकैल्सीन का स्तर स्वाभाविक रूप से कम हो जाता है। शोधकर्ताओं ने देखा कि पुराने चूहों में, जिनमें इस हार्मोन का स्तर कम था, मोटर फंक्शन में गिरावट और उनकी रीढ़ की हड्डी की कोशिकाओं में क्षतिग्रस्त माइटोकॉन्ड्रिया का संचय भी देखा गया। हालांकि, जब उन्होंने इन पुराने चूहों को ऑस्टियोकैल्सीन से उपचारित किया, तो उनकी चलने और समन्वय करने की क्षमता में काफी सुधार हुआ। यह उपचार मोटर न्यूरॉन्स में सफाई प्रक्रिया को पुन: सक्रिय करके, क्षतिग्रस्त माइटोकॉन्ड्रिया को साफ करके और उनकी ऊर्जा उत्पादन को बहाल करके काम कर गया। यह सुझाव देता है कि बुढ़ापे में देखी जाने वाली गति की गिरावट अक्सर एक अपरिहार्य, अपरिवर्तनीय भाग्य नहीं है, बल्कि हड्डियों और रीढ़ की हड्डी के बीच टूटी हुई संचार रेखा का परिणाम है। इस संकेत को बहाल करके, शोधकर्ता उम्र से संबंधित गति हानि को उलटने में सक्षम रहे।
यह कार्य इस बात को उजागर करता है कि शरीर अपनी जीवंतता को कैसे बनाए रखता है। यह दिखाता है कि कंकाल केवल एक निष्क्रिय ढांचा नहीं है, बल्कि तंत्रिका तंत्र की गति नियंत्रण करने की क्षमता में एक सक्रिय भागीदार है। हड्डी एक हार्मोन का उत्पादन करती है जो रीढ़ की हड्डी तक पहुँचता है, जहाँ यह एक स्विच की तरह कार्य करता है ताकि मोटर न्यूरॉन्स के ऊर्जा तंत्र को कुशलतापूर्वक चलते रहने में मदद मिल सके। इस संकेत के बिना, न्यूरॉन्स अपने कोशिकीय कचरे को साफ करने में संघर्ष करते हैं, जिससे समन्वय और शक्ति में गिरावट आती है। यह अध्ययन एक स्पष्ट जैविक स्पष्टीकरण प्रदान करता है कि क्यों उम्र के साथ चलना कठिन हो जाता है और यह सुझाव देता है कि शरीर के अपने हार्मोन इस प्रक्रिया को उलटने की कुंजी रखते हैं। यह हमारे शरीर की प्रणालियों के इस बारे में नए दृष्टिकोण के द्वार खोलता है कि वे जीवन भर हमारी गति करने की क्षमता को बनाए रखने के लिए मिलकर कैसे काम करती हैं।
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