Streptozotocin-induced hyperglycaemia in the mouse heart upregulates Pax6 and Tgf-β1 expression and their colocalization

हृदय की छिपी हुई अलार्म प्रणाली

कल्पना कीजिए कि आपका शरीर एक हलचल भरे शहर की तरह है जहाँ हर अंग एक पड़ोस है जो सामंजस्य के साथ काम करता है। हृदय एक केंद्रीय पावर प्लांट है, जो सब कुछ चालू रखने के लिए ऊर्जा पंप करता है। लेकिन कभी-कभी, शहर की ईंधन आपूर्ति गड़बड़ा जाती है। जब रक्त में बहुत अधिक चीनी (ग्लूकोज) तैर रही होती है—जिसे हाइपरग्लाइसीमिया (hyperglycemia) नामक स्थिति कहा जाता है—तो यह पावर प्लांट के गियरों में सिरप डालने जैसा होता है। यह चिपचिपी, मीठी ओवरलोड न केवल पाइपों को जाम करती है; बल्कि यह मशीनरी को ही नुकसान पहुँचाना शुरू कर कर देती है, जिससे एक ऐसी स्थिति पैदा होती है जहाँ हृदय की मांसपेशी सख्त हो जाती है, उसमें निशान (स्कार) बन जाते हैं और अंततः वह ठीक से पंप करने में विफल हो जाती है। यह "डायबिटिक हार्ट डिजीज" (मधुमेह जनित हृदय रोग) की डरावनी वास्तविकता है, जो मधुमेह वाले लोगों के लिए एक प्रमुख जटिलता है, और यह तब भी होती है जब उनकी धमनियां साफ हों।

वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि Tgf-β1 नामक एक विशिष्ट प्रोटीन इस क्षतिग्रस्त हृदय में एक निर्माण फोरमैन (निर्माण पर्यवेक्षक) की तरह कार्य करता है। जब चीजें गलत होती हैं, तो Tgf-β1 चिल्लाकर कहता है "अधिक निर्माण करो!" जिससे हृदय बहुत अधिक स्कार टिश्यू (फाइब्रोसिस) बिछाने लगता है, जिससे वह सख्त और कमजोर हो जाता है। लेकिन इस कहानी में एक और पात्र है, एक मास्टर स्विच जिसे Pax6 कहा जाता है। आप Pax6 को "आँख बनाने वाला" या "मस्तिष्क निर्माता" के रूप में जान सकते हैं क्योंकि यह आमतौर पर शरीर के उन हिस्सों को विकसित करने में मदद करता है। हालाँकि, वैज्ञानिक समुदाय में हाल ही में यह चर्चा छिड़ी थी कि Pax6 हृदय में भी मौजूद हो सकता है, शायद एक ब्रेक के रूप में कार्य करने के लिए जो निशान बनाने वाले फोरमैन को रोकने का काम करे। बड़ा सवाल यह था: जब हृदय चीनी में डूब रहा हो, तो इस "ब्रेक" का क्या होता है? क्या यह नुकसान को रोकने के लिए मजबूत होता है, या यह अत्यधिक भार से हार जाता है?

शुगर-ओवरलोड प्रयोग

इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने यह पता लगाने का निर्णय लिया कि जब चूहे के हृदय में चीनी की बाढ़ आ जाती है, तो Pax6 और Tgf-β1 के साथ क्या होता है। उन्होंने स्ट्रेप्टोजोटोसिन (STZ) नामक एक विशेष उपकरण का उपयोग किया, जो एक रसायन है और अग्न्याशय (पैनक्रियाज) के लिए एक शुगर-ट्रिगर बम की तरह कार्य करता है। उन्होंने इसे चूहों को उनके शरीर के वजन के प्रति किलोग्राम पर 50 मिलीग्राम की खुराक के रूप में लगातार पांच दिनों तक दिया। एक बार जब चूहों के रक्त शर्करा का स्तर 200 mg/dL से ऊपर बढ़ गया, तो शोधकर्ताओं को पता चल गया कि उन्होंने सफलतापूर्वक एक "शुगर-ओवरलोड" परिदृश्य बना लिया है, जो मधुमेह की उच्च-चीनी वाली स्थिति की नकल करता है।

इसके बाद टीम ने स्वस्थ चूहों की तुलना में इन शुगर-तनावग्रस्त चूहों के दिलों का बारीकी से निरीक्षण किया। उन्होंने केवल बड़े चित्र को नहीं देखा; बल्कि उन्होंने हृदय की दीवार की तीन परतों पर ध्यान केंद्रित किया: बाहरी त्वचा (एपिकार्डियम), बीच की मोटी मांसपेशी (मायोकार्डियम), और भीतरी अस्तर (एंडोकार्डियम)। उच्च-तकनीकी सूक्ष्मदर्शी और विशेष चमकते टैग का उपयोग करके, उन्होंने ट्रैक किया कि Pax6 और Tgf-β1 कहाँ छिपे हुए थे और उनकी संख्या कितनी थी।

आश्चर्य: दो खलनायक, एक नायक और एक खलनायक नहीं

यहीं पर कहानी में एक मोड़ आता है। शोधकर्ता उम्मीद कर रहे थे कि Pax6 एक नायक के रूप में कार्य करेगा, जो निशान बनाने वाले Tgf-β1 को रोकने के लिए हस्तक्षेप करेगा। इसके बजाय, उन्हें कुछ बिल्कुल अलग मिला। शुगर-ओवरलोडेड हृदयों में, दोनों Pax6 और Tgf-β1 बढ़ गए। यह एक अच्छे आदमी और एक बुरे आदमी के बीच की लड़ाई नहीं थी; यह दो पात्रों के एक साथ आने का मामला था, जो दोनों ही ओवरटाइम काम कर रहे थे।

डेटा ने दिखाया कि मधुमेह वाले चूहों के दिलों में, Pax6 और Tгf-β1 युक्त कोशिकाओं की संख्या तीनों परतों में काफी बढ़ गई। वे केवल अलग-अलग नहीं घूम रहे थे। शोधकर्ताओं ने देखा कि वे "को-लोकलाइजिंग" (सह-स्थानिक) कर रहे थे, जिसका अर्थ है कि वे एक ही कोशिकाओं में एक-दूसरे के बिल्कुल बगल में या एक-दूसरे के ऊपर स्थित थे। यह बाहरी त्वचा की कोशिकाओं, मांसपेशी की कोशिकाओं और भीतरी अस्तर की कोशिकाओं में हुआ।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह केवल एक दृश्य भ्रम नहीं था, टीम ने परीक्षणों की एक श्रृंखला चलाई। उन्होंने हृदय के आनुवंशिक ब्लूप्रिंट (RNA सीक्वेंसिंग) का अध्ययन किया और पाया कि Pax-6 उन शीर्ष 100 जीनों में से एक था जिसने शुगर-तनावग्रस्त हृदयों में अपनी आवाज़ (वॉल्यूम) सबसे अधिक बढ़ाई थी। उन्होंने PCR और वेस्टर्न ब्लॉटिंग का उपयोग करके वास्तविक निर्देशों (mRNA) और अंतिम उत्पादों (प्रोटीन) की भी जाँच की, और परिणाम सुसंगत थे: स्वस्थ हृदयों की तुलना में मधुमेह वाले हृदयों में Pax6 और Tgf-β1 दोनों का स्तर अधिक था।

इसका हृदय के लिए क्या अर्थ है

अध्ययन बताता है कि जब हृदय उच्च रक्त शर्करा के तनाव में होता है, तो यह न केवल निशान बनाने वाले अलार्म (Tgf-β1) को चालू करता है; बल्कि यह Pax6 की आवाज़ को भी तेज़ कर देता है। शोधकर्ता प्रस्ताव देते हैं कि ये दोनों मिलकर हृदय के "निर्माण श्रमिकों" (फाइब्रोब्लास्ट) को "सुपर-बिल्डर्स" (मायोफाइब्रोब्लास्ट) में बदलने में मदद कर सकते हैं। ये सुपर-बिल्डर वे हैं जो सख्त, कठोर स्कार टिश्यू बिछाते हैं जो हृदय को फैलने और प्रभावी ढंग से पंप करने में असमर्थ बनाते हैं।

दिलचस्प बात यह है कि यह खोज एक अलग अध्ययन के पिछले विचार का खंडन करती है। उस पिछले शोध ने, जिसने पेट्री डिश में एक अलग प्रकार के तनाव के तहत हृदय कोशिकाओं को देखा था, सुझाव दिया था कि Pax6 आमतौर पर Tgf-β1 को रोकने के लिए एक ब्रेक के रूप में कार्य करता है। हालाँकि, इस पेपर के लेखक बताते हैं कि उनका जीवित चूहों के साथ "इन वीवो" (in vivo) प्रयोग एक अलग कहानी बताता है। एक जीवित, शुगर-ओवरलोडेड हृदय के जटिल वातावरण में, ऐसा लगता है कि Pax-6 और Tgf-β1 वास्तव में एक टीम के रूप में काम कर रहे हैं, न कि एक-दूसरे के विरुद्ध।

शोधकर्ता सावधानीपूर्वक कहते हैं कि उनके निष्कर्ष इस नए मार्ग को "सुझाव" देते हैं और "संभावित रूप से बढ़ावा" देते हैं। उन्होंने अभी तक यह साबित नहीं किया है कि वे वास्तव में एक-दूसरे से कैसे बात करते हैं, लेकिन प्रमाण मजबूत है कि एक डायबिटिक हृदय में, ये दोनों प्रोटीन एक साथ बढ़ते हैं। यह खोज यह समझने के लिए एक नया द्वार खोलती है कि मधुमेह से ग्रस्त हृदय सख्त और निशान युक्त क्यों हो जाते हैं, जो संकेत देता है कि यदि हम नुकसान को रोकना चाहते हैं, तो हमें केवल उनमें से एक को रोकने के बजाय यह देखना होगा कि ये दो प्रोटीन आपस में कैसे क्रिया करते हैं।