Shared lipidome and proteome signatures of frontotemporal lobar degeneration and Alzheimer’s disease

मानव मस्तिष्क की कल्पना एक हलचल भरे, उच्च-तकनीकी शहर के रूप में करें। इस शहर को कार्य करने के लिए दो महत्वपूर्ण चीजों की आवश्यकता होती है: अपने नागरिकों (न्यूरॉन्स) को आवास देने के लिए मजबूत इमारतें और आपूर्ति (लिपिड, या वसा) को स्थानांतरित करने के लिए सड़कों और डिलीवरी ट्रकों का एक जटिल नेटवर्क। लिपिड मस्तिष्क के आवश्यक निर्माण खंड और ईंधन हैं; वे प्रत्येक कोशिका की दीवारों का निर्माण करते हैं और विद्युत संकेतों को भेजने में मदद करते हैं। लेकिन जिस तरह एक शहर यातायात जाम या ढहते बुनियादी ढांचे से ग्रस्त हो सकता है, उसी तरह मस्तिष्क भी मुसीबत में पड़ सकता है जब इसकी लिपिड आपूर्ति श्रृंखला टूट जाती है। यह न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों (neurodegenerative diseases) में एक बड़ी समस्या है, जहाँ मस्तिष्क की कोशिकाएं धीरे-धीरे मर जाती हैं, जिससे याददाश्त का जाना और व्यक्तित्व में बदलाव आता है। दो सबसे सामान्य "शहर आपदाएं" अल्जाइमर रोग और फ्रंटो टेम्पोरल लोबार डिजनरेशन (FTLD) हैं। हालांकि वे सतह पर अलग दिखते हैं—अल्जाइमर अक्सर याददाश्त केंद्रों को पहले प्रभावित करता है, जबकि FTLD शुरुआती दौर में व्यक्तित्व और निर्णय लेने वाले केंद्रों पर प्रहार करता है—वैज्ञानिक लंबे समय से यह जानना चाहते थे कि क्या उनकी लिपिड आपूर्ति लाइनों में एक ही तरह के "ट्रैफिक जाम" साझा हैं। इन साझा टूटनों को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यदि हम आपूर्ति श्रृंखला को ठीक कर सकें, तो हम यह रोकने में सक्षम हो सकते हैं कि शहर ढह न जाए, चाहे पहले किस मोहल्ले पर प्रहार हुआ हो।

यह शोध पत्र मस्तिष्क की "आपूर्ति श्रृंखला" की गहराई से जांच करता है, जिसमें उन लोगों के मस्तिष्क में मौजूद वास्तविक वसा और प्रोटीन का परीक्षण किया गया है जो अब इस दुनिया में नहीं रहे। शोधकर्ताओं ने, जिनका नेतृत्व मेमोरियल स्लोन केटरिंग और यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया, सैन फ्रांसिस्को जैसे संस्थानों के एक दल द्वारा किया गया था, मस्तिष्क के दो विशिष्ट मोहल्लों की जांच की: फ्रंटल लोब (शहर का "व्यक्तित्व और योजना" जिला) और ऑक्सिपिटल लोब (जो "दृश्य प्रसंस्करण" जिला है, जो आमतौर पर इन बीमारियों से कम प्रभावित होता है)। उन्होंने विभिन्न प्रकार के FTLD वाले लोगों, अल्जाइमर वाले लोगों और स्वस्थ नियंत्रण समूहों के मस्तिष्क की तुलना की।

टीम ने प्रत्येक नमूने में 1,400 से अधिक विभिन्न प्रकार के लिपिड और 8,500 से अधिक प्रोटीन की पहचान करने के लिए एक उच्च-तकनीकी "केमिकल स्कैनर" (मास स्पेक्ट्रोमेट्री) का उपयोग किया। इसे शहर के हर एक डिलीवरी ट्रक, गोदाम और सड़क चिन्ह का स्नैपशॉट लेने के रूप में समझें ताकि यह देखा जा सके कि क्या गायब है, क्या जमा हो रहा है, और क्या टूटा हुआ है।

यहाँ उन्हें क्या मिला:

साझा "शहर-व्यापी" गड़बड़ी
सबसे आश्चर्यजनक खोज यह है कि FTLD और अल्जाइमर लिपिड आपूर्ति श्रृंखला के मामले में उतने अलग नहीं हैं जितना कि हम सोचते थे। दोनों बीमारियों ने, विशेष रूप से फ्रंटल लोब में, बहुत समान अराजकता का पैटर्न दिखाया।

• "खाली गोदाम": दोनों बीमारियों में, मस्तिष्क आवश्यक संरचनात्मक वसा यानी ग्लिसरोफॉस्फोलिपिड्स (विशेष रूप से कार्डियोलिपिन और फॉस्फेटिडिलएथेनॉलैमाइन) की कमी से जूझ रहा था। ये कोशिका की दीवारों के ईंट और गारे की तरह हैं। इनकी अनुपस्थिति बताती है कि कोशिकाएं अपनी संरचनात्मक अखंडता खो रही हैं।
• "ट्रैफिक जाम": साथ ही, अन्य वसा, जैसे गैंग्लियोसाइड्स और कोलेस्ट्रॉल एस्टर का भारी जमाव हुआ। एक ऐसी डिलीवरी प्रणाली की कल्पना करें जहाँ ट्रक गोदाम में ही ट्रैफिक जाम में फंसे हुए हैं, जबकि वास्तविक निर्माण स्थलों पर सामग्री की कमी हो रही है।
• "टूटा हुआ रीसाइक्लिंग सेंटर": मस्तिष्क के रीसाइक्लिंग केंद्र (लाइसोसोम) संघर्ष करते हुए प्रतीत हुए। अध्ययन में एक विशिष्ट वसा, जिसे बिस(मोनोएसाइलग्लिसरॉल)फॉस्फेट (BMP) कहा जाता है, में लगातार गिरावट देखी गई, जो अन्य वसा को तोड़ने के लिए आवश्यक है। इसके बिना, "कचरा" (गैंग्लियोसाइड्स) जमा हो जाता है। यह सुझाव देता है कि दोनों बीमारियों में, वसा को साफ करने और रीसायकल करने की मस्तिष्क की क्षमता विफल हो रही है।

अंतर: जब गड़बड़ी और गंभीर हो जाती है
जबकि दोनों बीमारियां इस "ट्रैफिक जाम" पैटर्न को साझा करती हैं, FTLD अल्जाइमर की तुलना में अधिक गंभीर आपात स्थिति की स्थिति में प्रतीत हुआ।

• FTLD एक "पूर्ण-प्रणाली पतन" है: FTLD में, लिपिड परिवर्तन बहुत अधिक व्यापक और तीव्र थे। लगभग हर FTLD उपप्रकार में BMP में भारी गिरावट और गैंग्लियोसाइड्स में भारी उछाल देखा गया। यह ऐसा था मानो पूरा रीसाइक्लिंग प्लांट ही बंद हो गया हो।
• अल्जाइमर एक "आंशिक आउटेज" है: अल्जाइमर ने समान रुझान दिखाए (कम संरचनात्मक वसा, उच्च ट्रैफिक जाम), लेकिन परिवर्तन आम तौर पर हल्के थे। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि ऐसा इसलिए हो सकता है क्योंकि उन्होंने फ्रंटल लोब की जांच की, जो FTLD में अधिक प्रभावित होता है, जबकि अल्जाइमर आमतौर पर टेम्पोरल और पैरिएटल लोब को अधिक प्रभावित करता है। यदि उन्होंने अल्जाइमर के "याददाश्त जिले" को देखा होता, तो क्षति और भी गंभीर दिख सकती थी।
• "विशेष मामले": सभी FTLD मामले एक जैसे नहीं थे।
  • GRN-संबंधित FTLD: इस विशिष्ट आनुवंशिक प्रकार ने सबसे चरम "रीसाइक्लिंग विफलता" दिखाई, जिसमें गैंग्लियोसाइड्स में भारी उछाल और एक विशिष्ट प्रोटीन (GM2A) ने क्षतिपूर्ति करने की कोशिश की, जैसे कि कोई मैनेजर बैकलॉग को साफ करने के लिए और अधिक कर्मचारी काम पर रख रहा हो।
  • पिक्स रोग (एक प्रकार का FTLD-tau): यह उपप्रकार अद्वितीय था क्योंकि इसमें ट्राइग्लिसराइड्स (एक प्रकार का वसा भंडारण) और एक प्रोटीन DGAT1 में विशिष्ट गिरावट देखी गई, जो उन्हें बनाने में मदद करता है। यह ऐसा था मानो इस विशिष्ट शहर ने पूरी तरह से भंडारण गोदाम बनाना ही बंद कर दिया हो।
  • C9orf72-संबंधित FTLD: दिलचस्प बात यह है कि इस समूह में सबसे हल्के बदलाव देखे गए, जो बताता है कि उनकी लिपिड आपूर्ति श्रृंखला अन्य की तुलना में उतनी टूटी हुई नहीं थी।

गड़बड़ी के पीछे का "क्यों"
शोध पत्र ने प्रोटीन (श्रमिकों और मशीनों) को भी देखा ताकि यह देखा जा सके कि इन लिपिड परिवर्तनों का कारण क्या था। उन्होंने पाया कि दोनों बीमारियों में, मस्तिष्क अपनी "सफाई टीम" (लाइसोसोमल प्रोटीन) और "ईंधन प्रोसेसर" (माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन) को बढ़ा रहा था, जबकि अपनी "निर्माण टीम" (कोशिका की नई दीवारें बनाने वाले प्रोटीन) को बंद कर रहा था। यह पुष्टि करता है कि मस्तिष्क अत्यधिक तनाव में है, और एक टूटी हुई प्रणाली को ठीक करने की कोशिश कर रहा है जिसके पास संसाधनों की कमी है।

इसका क्या अर्थ है
अध्ययन बताता है कि हालांकि अल्जाइमर और FTLD के अलग-अलग नाम हैं और वे मस्तिष्क के विभिन्न हिस्सों को प्रभावित करते हैं, वे विफलता की एक साझा "मेटाबॉलिक भाषा" साझा करते हैं। दोनों ही मामलों में वसा को संभालने, रीसायकल करने और बनाने के तरीके में टूट आती है। यह साझा हस्ताक्षर बताता है कि लिपिड मार्गों को लक्षित करने वाले उपचार—जैसे रीसाइक्लिंग सेंटर को ठीक करना या ट्रैफिक जाम को हटाना—दोनों बीमारियों में मदद कर सकते हैं, न कि केवल एक में। हालांकि, लेखक सावधानी बरतते हुए कहते हैं कि यह इस बात का स्नैपशॉट है कि बीमारी के अपने मार्ग के पूरा होने के बाद क्या होता है; यह एक संबंध का सुझाव देता है लेकिन यह साबित नहीं करता कि लिपिड को ठीक करने से बीमारी ठीक हो जाएगी। फिर भी, यह वैज्ञानिकों को भविष्य में लक्षित करने के लिए "ट्रैफिक जाम" का एक नया मानचित्र प्रदान करता है।