Friedreich Ataxia iPSC-derived microglia display an interferon-responsive, antigen-presenting, and inflammasome-associated state with lysosomal biology and extracellular matrix abnormalities

फ्रीड्रिच अटाक्सिया (Friedreich ataxia) एक विनाशकारी आनुवंशिक स्थिति है जो धीरे-धीरे लोगों की हिलने-डुलने और शरीर को नियंत्रित करने की क्षमता को छीन लेती है। यह एक एकल जीन की खामी के कारण होता है जो शरीर को फ्रैटाक्सिन (frataxin) नामक प्रोटीन बनाने से रोकता है। यह प्रोटीन हमारे कोशिकाओं के भीतर मौजूद नन्हे बिजली घरों, जिन्हें माइटोकॉन्ड्रिया कहा जाता है, के सही ढंग से कार्य करने के लिए आवश्यक है। इसके बिना, ये बिजली घर संघर्ष करते हैं, जिससे कोशिकीय विफलताओं की एक श्रृंखला शुरू हो जाती है जो अंततः उन विशिष्ट तंत्रिका कोशिकाओं (nerve cells) को नष्ट कर देती है जो संतुलन और गति के लिए जिम्मेदार होती हैं। दशकों तक, चिकित्सा का ध्यान लगभग पूरी तरह से इन मरती हुई तंत्रिका कोशिकाओं पर रहा है, उन्हें इस बीमारी के प्राथमिक शिकार के रूप में देखा गया। हालाँकि, तंत्रिका तंत्र एक जटिल समुदाय है, और जो कोशिकाएं न्यूरॉन्स का समर्थन और सुरक्षा करती हैं, वे भी उतनी ही महत्वपूर्ण हैं। इन समर्थकों में माइक्रोग्लिया (microglia) शामिल हैं, जो मस्तिष्क की निवासी प्रतिरक्षा कोशिकाएं हैं। उनका काम व्यवस्था बनाए रखना, मलबे को साफ करना और चोट के प्रति प्रतिक्रिया देना है। हाल के संकेत बताते हैं कि फ्रीड्रिच अटाक्सिया में, ये संरक्षक केवल क्षति के प्रति प्रतिक्रिया ही नहीं दे रहे हैं, बल्कि वे समस्या का हिस्सा भी बन सकते हैं, और उन्हीं कोशिकाओं के खिलाफ खड़े हो सकते हैं जिन्हें उन्हें सुरक्षित रखना चाहिए।

मैकगिल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम यह समझने के लिए आगे बढ़ी कि वास्तव में यह कैसे होता है। वे यह जानना चाहते थे कि क्या फ्रैटाक्सिन की कमी अकेले माइक्रोग्लिया के व्यवहार को बदलने के लिए पर्याप्त है, यहाँ तक कि किसी भी तंत्रिका कोशिका के मरने से पहले। इसका उत्तर खोजने के लिए, उन्होंने एक शक्तिशाली उपकरण का उपयोग किया जो वैज्ञानिकों को एक डिश में मानव कोशिकाओं का अध्ययन करने की अनुमति देता है: प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल्स (induced pluripotent stem cells)। ये वे कोशिकाएं हैं जिन्हें शरीर के किसी भी प्रकार के ऊतक में बदला जा सकता है। शोधकर्ताओं ने फ्रीड्रिच अटाक्सिया वाले रोगियों की त्वचा की कोशिकाओं को लिया और उन्हें स्टेम सेल्स में पुनर्गठित किया। फिर उन्होंने इन स्टेम सेल्स को माइक्रोग्लिया बनने के लिए निर्देशित किया। महत्वपूर्ण रूप से, उन्होंने इन समान कोशिकाओं के जीन को संपादित करके एक नियंत्रण समूह (control group) भी बनाया, जिससे बीमारी पैदा करने वाले उत्परिवर्तन (mutation) को हटा दिया गया, जिससे एक सटीक आनुवंशिक मिलान तैयार हुआ जिसमें वह खामी नहीं थी। इसने उन्हें दोनों समूहों की आमने-सामने तुलना करने की अनुमति दी, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि उनके द्वारा पाई गई कोई भी भिन्नता केवल लापता फ्रैटाक्सिन प्रोटीन के कारण थी, न कि अन्य चरों के कारण।

शोधकर्ताओं ने इन माइक्रोग्लिया को शांत, शांत परिस्थितियों में उगाया, जिसमें कोई बाहरी संक्रमण या चोट नहीं डाली गई जो आमतौर पर प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को सक्रिय करती है। वे यह देखना चाहते थे कि कोशिकाएं अपने आप क्या कर रही हैं। जब उन्होंने कोशिकाओं के भीतर आनुवंशिक निर्देशों का विश्लेषण किया, तो उन्हें एक चौंकाने वाला अंतर मिला। रोगियों के माइक्रोग्लिया पहले से ही उच्च सतर्कता की स्थिति में थे, भले ही वे एक शांतिपूर्ण वातावरण में बैठे थे। उनकी आनुवंशिक गतिविधि ने एक सक्रिय प्रतिरक्षा प्रणाली के स्पष्ट हस्ताक्षर दिखाए। विशेष रूप रूप से, ये कोशिकाएं इस तरह व्यवहार कर रही थीं जैसे वे किसी संक्रमण से लड़ रही हों, और इंटरफेरॉन (interferons) नामक संकेतों की बाढ़ ला रही थीं, जिनका उपयोग आमतौर पर वायरल खतरों के लिए शरीर को चेतावनी देने के लिए किया जाता है। वे अपनी सतह पर ऐसे प्रोटीन भी प्रदर्शित कर रहे थे जो झंडों की तरह काम करते हैं, एक ऐसी प्रक्रिया जो आमतौर पर विदेशी हमलावरों को प्रतिरक्षा प्रणाली के सामने प्रस्तुत करने के लिए आरक्षित होती है। इससे पता चलता है कि कोशिकाएं केवल बाहरी दुनिया के प्रति प्रतिक्रिया नहीं दे रही थीं, बल्कि आंतरिक रूप से लड़ाई के लिए तैयार थीं।

गहराई से जांच करने पर, टीम ने पाया कि यह आंतरिक अलार्म 'इन्फ्लेमासोम' (inflammasomes) नामक विशिष्ट आणविक मशीनों के एक सेट द्वारा संचालित था। ये कोशिकाओं के भीतर जटिल संरचनाएं हैं जो खतरे के सेंसर के रूप में कार्य करती हैं। जब वे खतरे का पता लगाते हैं, तो वे एक बड़ी, बहु-भाग वाली मशीन के रूप में एकत्रित होते हैं जो शक्तिशाली भड़काऊ रसायनों (inflammatory chemicals) को जारी करने के लिए प्रेरित करते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि रोगी माइक्रोग्लिया में दो विशिष्ट प्रकार की इन मशीनों के स्तर, जिन्हें NLRP2 और NLRP3 के रूप में जाना जाता है, काफी अधिक थे। इसके अलावा, उन्होंने देखा कि इन मशीनों के घटक सक्रिय रूप से एक साथ आ रहे थे, जिससे बड़े क्लस्टर बन रहे थे जो उन्हें कार्य करने के लिए आवश्यक हैं। इस संयोजन के साथ एक प्रमुख एंजाइम के सक्रिय रूपों में वृद्धि देखी गई जो भड़काऊ संकेतों को काटता है और जारी करता है। संक्षेप में, कोशिकाओं ने अपने हथियार खुद बना लिए थे और बिना किसी बाहरी उकसावे के, वे चलाने के लिए तैयार थीं।

अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि इन कोशिकाओं की आंतरिक मशीनरी संघर्ष कर रही थी। माइक्रोग्लिया में अपने लाइसोसोम (lysosomes) के साथ समस्या के लक्षण दिखाई दिए, जो कोशिकाओं के रीसाइक्लिंग केंद्र हैं और कचरे तथा क्षतिग्रस्त भागों को तोड़ने के लिए जिम्मेदार हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि इन रीसाइक्लिंग केंद्रों को बनाने वाले प्रोटीन कम थे, जिससे पता चलता है कि कोशिकाओं को अपने आंतरिक कचरे की सफाई करने में कठिनाई हो रही है। इस कोशिकीय कचरे को साफ करने में असमर्थता संभवतः प्रतिरक्षा प्रणाली को निरंतर सतर्कता की स्थिति में रखने में एक प्रमुख कारक है। इसके अतिरिक्त, कोशिकाएं अपने परिवेश में प्रोटीन के एक अलग मिश्रण का स्राव कर रही थीं। वे उच्च स्तर के भड़काऊ रसायनों को छोड़ रही थीं जो आस-पास के ऊतकों को नुकसान पहुंचा सकते हैं, जबकि उन प्रोटीनों का कम उत्पादन कर रही थीं जो कोशिकाओं को अपने वातावरण और एक-दूसरे से जुड़ने में मदद करते हैं। आंतरिक अक्षमता और बाहरी आक्रामकता का यह संयोजन एक ऐसी कोशिका की तस्वीर पेश करता है जो भ्रमित और खतरनाक दोनों है।

सबसे दिलचस्प निष्कर्षों में से एक MEG3 नामक एक विशिष्ट जीन का व्यवहार था। यह जीन, जो एक प्रकार का RNA उत्पन्न करता है जो प्रोटीन को कोड नहीं करता है बल्कि अन्य जीनों को नियंत्रित करने में मदद करता है, रोगी माइक्रोग्लिया में बहुत उच्च स्तर पर था। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि इसी जीन को उसी बीमारी वाले हृदय की मांसपेशियों की कोशिकाओं में भी अत्यधिक सक्रिय पाया गया था, और उन हृदय कोशिकाओं में इसे कम करने से उनके जीवित रहने में मदद मिली थी। यह सुझाव देता है कि MEG3 विभिन्न तरीकों से शरीर को प्रभावित करने वाले इस रोग के बीच एक साझा कड़ी हो सकती है, जो एक साझा तंत्र के रूप में कार्य करती है जो कई प्रकार की कोशिकाओं में क्षति को बढ़ावा देती है।

इन निष्कर्षों के निहितार्थ फ्रीड्रिच अटाक्सिया के बारे में हमारी सोच के लिए महत्वपूर्ण हैं। अध्ययन यह प्रदर्शित करता है कि मस्तिष्क में प्रतिरक्षा कोशिकाएं केवल निष्क्रिय दर्शक नहीं हैं जो तंत्रिका कोशिकाओं के मरने का इंतजार करती हैं, बल्कि वे बीमारी की प्रक्रिया में सक्रिय भागीदार हैं, जो अपनी स्वयं की आंतरिक आनुवंशिक खामियों से प्रेरित हैं। फ्रैटाक्सिन की कमी इन सुरक्षात्मक कोशिकाओं को सूजन के एजेंटों में बदलने के लिए पर्याप्त है। यह सुझाव देता है कि बीमारी के शुरुआती चरण में, शायद तंत्रिका कोशिकाओं के विफल होने के लक्षण दिखने से पहले भी, एक अवसर की खिड़की है, जहाँ इन अति सक्रिय माइक्रोग्लिया को लक्षित करके रोग की प्रगति को धीमा या रोका जा सकता है। इन कोशिकाओं में विशिष्ट आणविक स्विचों, जैसे कि इन्फ्लेमासोम मशीन या MEG3 जीन को समझकर, वैज्ञानिक प्रतिरक्षा प्रणाली को शांत करने और आंतरिक रूप से तंत्रिका तंत्र की रक्षा करने के लिए नई उपचार विधियाँ डिजाइन कर सकते हैं। यह कार्य उन कोशिकीय परिवर्तनों का एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है जो फ्रैटाक्सिन की अनुपस्थिति में होते हैं, जो भविष्य के उपचारों के लिए नए लक्ष्य प्रदान करता है जो एक दिन इस निरंतर चलने वाली बीमारी के मार्ग को बदल सकते हैं।