Long-range Ret retrograde signaling drives subtype fate and functional identity in a sensory circuit

तंत्रिका तंत्र तारों का एक विशाल नेटवर्क है, लेकिन दीवार में लगे तांबे के केबलों के विपरीत, इन जैविक तारों को अपने सही गंतव्य तक पहुँचने का अपना रास्ता खुद खोजना पड़ता है। विकास के दौरान, न्यूरॉन्स विशिष्ट लक्ष्यों तक पहुँचने के लिए एक्सॉन (axons) नामक लंबी, पतली संरचनाएं बढ़ाते हैं, जो एक ऐसी यात्रा है जिसे गंतव्य कोशिकाओं द्वारा छोड़े गए रासायनिक संकेतों द्वारा निर्देशित किया जाता है। एक बार जब कोई न्यूरॉन जुड़ जाता है, तो उसे अक्सर लक्ष्य से कोशिका शरीर (cell body) की ओर वापस आने वाला एक संदेश प्राप्त होता है, जिसे रेट्रोग्रेड सिग्नलिंग (retrograde signaling) कहा जाता है। यह पीछे की ओर होने वाला संचार यह बताने के लिए जाना जाता है कि न्यूरॉन को जीवित रहना चाहिए या मर जाना चाहिए, लेकिन वैज्ञानिक लंबे समय से यह जानना चाहते थे कि क्या यह न्यूरॉन को यह भी बताता है कि उसे वास्तव में किस तरह का काम करना है। क्या लक्ष्य कोशिका केवल न्यूरॉन को जीवित रखती है, या वह सक्रिय रूप से न्यूरॉन के व्यक्तित्व और कार्य को आकार देती है? इस अंतर को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रकट करता है कि मस्तिष्क जटिल सर्किट कैसे बनाता है जहाँ विभिन्न प्रकार के न्यूरॉन विशिष्ट कार्य करते हैं, एक ऐसी प्रक्रिया जो यदि गलत हो जाए, तो विकासात्मक विकारों का कारण बन सकती है।

एक नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए जेब्राफिश के विकसित होते संवेदी तंत्र का उपयोग किया। उन्होंने न्यूरॉन्स के एक समूह पर ध्यान केंद्रित किया जो मछली के शरीर के किनारे पानी की हलचल का पता लगाते हैं। ये न्यूरॉन्स दो अलग-अलग प्रकार के होते हैं: "पायनियर्स" (pioneers) और "फॉलोअर्स" (followers)। पायनियर्स शुरुआती बिंदु से निकलने वाले पहले न्यूरॉन्स हैं, जो मछली की पूंछ के दूर स्थित लक्ष्यों तक पहुँचने के लिए लंबी, मोटी एक्सॉन बढ़ाते हैं। फॉलोअर्स बाद में आते हैं, और सिर के करीब के लक्ष्यों तक पहुँचने के लिए छोटे रास्ते अपनाते हैं। पायनियर्स को 'रेट' (Ret) नामक एक विशिष्ट रिसेप्टर का उच्च स्तर व्यक्त करने के लिए जाना जाता है, जो लक्ष्य कोशिकाओं द्वारा भेजे गए उत्तरजीविता संकेत (survival signal) के लिए एक रिसीवर के रूप में कार्य करता है। शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि क्या लक्ष्य से मिलने वाला यह लंबी दूरी का संकेत केवल पायनियर्स को जीवित रखने के लिए है, या यह उन्हें सक्रिय रूप से पायनियर्स बने रहने और फॉलोअर्स से अलग कार्य करने का निर्देश भी देता है।

यह पता लगाने के लिए, टीम ने देखा कि क्या होता है जब पायनियर्स इस संकेत को प्राप्त करने में असमर्थ होते हैं। उन्होंने उन मछलियों का अध्ययन किया जो आनुवंशिक रूप से 'रेट' रिसेप्टर बनाने में असमर्थ थीं। इन मछलियों में, पायनियर्स ने अपनी एक्सॉन बढ़ाई और दूर के लक्ष्यों तक पहुँच भी बनाई, हालांकि सामान्य मछलियों की तुलना में वे ऐसा कम विश्वसनीय तरीके से कर पाए। हालाँकि, जब शोधकर्ताओं ने इन पायनियर्स के भीतर के आनुवंशिक निर्देशों की जांच की, तो उन्हें एक आश्चर्यजनक बात पता चली। लक्ष्य से संकेत प्राप्त न होने पर, पायनियर्स ने पायनियर्स की तरह व्यवहार करना बंद कर दिया। उनकी आनुवंशिक प्रोफ़ाइल बदल गई, और वे फॉलोअर्स की तरह दिखने और कार्य करने लगे। उन्होंने उन विशिष्ट जीनों को खो दिया जो आमतौर पर उन्हें पायनिअर के रूप में परिभाषित करते हैं और उन्होंने उन जीनों को व्यक्त करना शुरू कर दिया जो फॉलोअर्स के विशिष्ट हैं। इससे पता चलता है कि लक्ष्य से मिलने वाला संकेत केवल जीवित रहने का टिकट नहीं है; यह एक निरंतर निर्देश है जो न्यूरॉन को अपनी विशिष्ट पहचान बनाए रखने के लिए कहता है।

शोधकर्ताओं ने फिर यह परीक्षण किया कि क्या पहचान में इस बदलाव ने वास्तव में उनके काम करने के तरीके को प्रभावित किया। उन्होंने एक संवेदनशील कैमरे का उपयोग करके पानी की हलचल के प्रति न्यूरॉन्स की प्रतिक्रिया को मापा, जो विद्युत गतिविधि में सूक्ष्म परिवर्तनों को देख सकता था। सामान्य मछलियों में, पूंछ वाले पायनियर्स पानी की हल्की हलचल के प्रति कमजोर प्रतिक्रिया देते थे, यानी वे 'हाई-थ्रेशोल्ड' सेंसर के रूप में कार्य करते थे जो केवल तभी सक्रिय होते हैं जब पानी तेजी से हिलता है। इसके विपरीत, सिर के पास के फॉलोअर्स बहुत संवेदनशील होते थे और आसानी से सक्रिय हो जाते थे। लेकिन बिना 'रेट' संकेत वाली मछलियों में, पूंछ वाले पायनियर्स ने यह विशेष गुण खो दिया। वे अत्यधिक संवेदनशील हो गए, बिल्कुल फॉलोअर्स की तरह। वे हल्की पानी की हलचल के प्रति उतनी ही तीव्रता के साथ प्रतिक्रिया देने लगे जितनी तीव्रता से पास के फॉलोअर्स देते हैं, जिससे प्रभावी रूप से दोनों प्रकार के न्यूरॉन्स के बीच कार्यात्मक अंतर समाप्त हो गया।

अध्ययन ने न्यूरॉन्स और उन संवेदी कोशिकाओं के बीच के संबंधों की भौतिक संरचना की भी जांच की जिनकी वे निगरानी करते हैं। शोधकर्ताओं ने कनेक्शन बिंदुओं की संख्या गिनी और उनके आकार को मापा। उन्होंने पाया कि जब संकेत गायब था, तब भी ये भौतिक संरचनाएं सामान्य बनी रहीं। सिनैप्स (synapses), या कनेक्शन बिंदु, सामान्य मछलियों के समान ही आकार और संख्या में थे। यह सिद्ध करता है कि कार्य में परिवर्तन टूटे हुए भौतिक कनेक्शन के कारण नहीं हुआ था। इसके बजाय, पीछे की ओर जाने वाले संकेत की कमी के कारण न्यूरॉन की आंतरिक रसायन विज्ञान और विद्युत गुणों में बदलाव आया, जिससे वह एक अलग प्रकार की कोशिका की तरह व्यवहार करने लगा।

ये निष्कर्ष प्रकट करते हैं कि मस्तिष्क अपने कार्यों में विविधता कैसे लाता है। लक्ष्य कोशिका केवल जुड़ने के लिए प्रतीक्षा नहीं करती; वह न्यूरॉन को अपनी अनूठी भूमिका बनाए रखने के लिए सक्रिय रूप से एक संदेश भेजती है। इस संदेश के बिना, न्यूरॉन अपनी डिफ़ॉल्ट अवस्था में लौट आता है, और अपनी विशिष्ट विशेषताओं को खो देता है जो सर्किट को सही ढंग से चलाने के लिए आवश्यक होती हैं। शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट जीन, 'अडारबी1ए' (adarb1a) की पहचान की, जो संभवतः इस प्रक्रिया में शामिल है। यह जीन कोशिका के भीतर के निर्देशों को संपादित करने में मदद करता है, जो संभावित रूप से न्यूरॉन के विद्युत चैनलों के काम करने के तरीके को बदल सकता है। हालांकि सटीक चरणों का अभी भी मानचित्रण किया जा रहा है, लेकिन यह अध्ययन दिखाता है कि लंबी दूरी का सिग्नलिंग न्यूरॉन की पहचान को सुरक्षित करने और यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है कि वह संवेदी सर्किट में अपना विशिष्ट कार्य करे। यह कार्य इस बात का एक स्पष्ट उदाहरण प्रदान करता है कि कैसे गंतव्य यात्री को आकार देता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि तंत्रिका तंत्र का प्रत्येक हिस्सा सही काम के लिए सही उपकरणों के साथ बनाया गया है।