Astrocyte metabolic programs diverge across primate evolution and are linked to species-specific neuronal development
यह अध्ययन प्रकट करता है कि मानव और गैर-मानव प्राइमेट एस्ट्रोसाइट्स विविध चयापचय कार्यक्रमों और स्रावी संरचनाओं (secretomes) को प्रदर्शित करते हैं, जो प्रजाति-विशिष्ट तंत्रिका संबंधी विकास और विद्युत-शारीरिक गतिविधि में अंतर को प्रेरित करते हैं।
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मानव मस्तिष्क जटिलता का एक चमत्कार है, लेकिन यह अलगाव में विकसित नहीं हुआ। यह हमारे निकटतम जीवित रिश्तेदारों, महान वानरों (ग्रेट एप्स) के मस्तिष्क के साथ विकसित हुआ, जो लाखों साल पहले एक साझा पूर्वज से जुड़े थे। हालांकि मानव न्यूरॉन्स अन्य प्राइमेट्स की तुलना में प्रसिद्ध रूप से बड़े और अधिक जटिल होते हैं, वैज्ञानिक इन अंतरों को समझाने के लिए लंबे समय से न्यूरॉन्स पर ही ध्यान केंद्रित करते आए हैं। उन्होंने यह देखने के लिए अध्ययन किया कि कैसे मस्तिष्क कोशिकाएं विभाजित होती हैं और कैसे वे विद्युत संकेतों को प्रसारित करती हैं, इस खोज में कि वे कौन से जेनेटिक स्विच थे जिन्होंने एक चिंपांजी मस्तिष्क को मानव में बदल दिया। हालाँकि, न्यूरॉन्स शून्य में अस्तित्व में नहीं होते हैं। वे एस्ट्रोसाइट्स (astrocytes) नामक सहायक कोशिकाओं के एक घने नेटवर्क से घिरे होते हैं। ये कोशिकाएं मस्तिष्क के देखभाल करने वालों के रूप में कार्य करती हैं, रासायनिक वातावरण का प्रबंधन करती हैं, कचरे की सफाई करती हैं, और वह ईंधन प्रदान करती हैं जिसकी न्यूरॉन्स को कार्य करने के लिए आवश्यकता होती है। लंबे समय तक, यह धारणा थी कि ये सहायक कोशिकाएं प्रजातियों के बीच काफी हद तक समान हैं, जो केवल उन न्यूरॉन्स के प्रति प्रतिक्रिया करती हैं जिनका वे समर्थन करती हैं। लेकिन एक नई जांच का सुझाव है कि सहायता करने वाले कर्मचारी उन सितारों की तरह ही एक-दूसरे से भिन्न हो सकते हैं जिनकी वे देखभाल करते हैं।
साल्क इंस्टीट्यूट और यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया, सैन डिएगो के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन सहायक कोशिकाओं को करीब से देखने का निर्णय लिया। वे यह जानना चाहते थे कि मानव एस्ट्रोसाइट्स जिस तरह से अपने आंतरिक रसायन विज्ञान का प्रबंधन करते हैं, क्या वह चिंपांजी, बोनोबो, गोरिल्ला और बंदरों के एस्ट्रोसाइट्स के तरीके से भिन्न है। यह पता लगाने के लिए, उन्होंने प्रयोगशाला में मस्तिष्क कोशिकाओं को उगाया, जो मनुष्यों और विभिन्न गैर-मानव प्राइमेट्स से ली गई स्टेम कोशिकाओं से शुरू हुई थीं। उन्होंने इन स्टेम कोशिकाओं को एस्ट्रोसाइट्स बनने के लिए निर्देशित किया, जो वे तारे के आकार की कोशिकाएं हैं जो न्यूरॉन्स को घेरे रहती हैं, और फिर उनके व्यवहार को देखा। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये कोशिकाएं केवल निष्क्रिय दर्शक नहीं हैं; उनकी अपनी विशिष्ट चयापचय व्यक्तित्व (metabolic personalities) होती है जो परिपक्व होने के साथ बदलती है। प्रयोगशाला में, मानव एस्ट्रोसाइट्स अन्य प्राइमेट्स की तुलना में धीरे विकसित हुए, और बढ़ते मस्तिष्क ऊतक में प्रकट होने में अधिक समय लिया। एक बार जब वे पहुंचे, तो उन्होंने अलग तरह से कार्य करना शुरू कर दिया। जबकि अन्य प्राइमेट्स के एस्ट्रोसाइट्स शून्य से नए अणु बनाने पर ध्यान केंद्रित कर रहे थे, मानव एस्ट्रोसाइट्स ने अपनी रणनीति बदल दी, और लैक्टेट (lactate) नामक एक सरल शर्करा अणु की बड़ी मात्रा को अपने परिवेश में छोड़ना शुरू कर दिया।
यह रासायनिक रणनीति में बदलाव मानव विकास की एक परिभाषित विशेषता प्रतीत होता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि गैर-मानव प्राइमेट एस्ट्रोसाइट्स सेरीन (serine) और ग्लाइसिन (glycine) के संश्लेषण में व्यस्त थे, जो दो अमीनो एसिड हैं जो प्रोटीन और वसा के निर्माण खंड के रूप में कार्य करते हैं। ये कोशिकाएं अनिवार्य रूप से कारखाने की तरह थीं, जो जटिल कोशिकीय संरचनाओं के निर्माण के लिए आवश्यक कच्चे माल का उत्पादन कर रही थीं। इसके विपरीत, मानव एस्ट्रोसाइट्स ने इनमें से कुछ उत्पादन लाइनों को बंद कर दिया था। इसके बजाय, उन्होंने लैक्टेट के उत्सर्जन को बढ़ा दिया, जो एक ऐसा पदार्थ है जिसका न्यूरॉन्स ऊर्जा के त्वरित स्रोत के रूप में उपयोग कर सकते हैं। वैज्ञानिकों ने उन प्रोटीनों का भी अध्ययन किया जिन्हें ये कोशिकाएं अपने वातावरण में स्रावित करती हैं। उन्होंने पाया कि मानव एस्ट्रोसाइट्स ने संकेतों का एक अलग सेट जारी किया, जिनमें से कई को न्यूरॉन्स को लंबी, शाखाओं वाली भुजाएं विकसित करने के लिए प्रोत्साहित करने के लिए जाना जाता है। यह सुझाव देता है कि मानव एस्ट्रोसाइट्स न्यूरॉन्स को एक अधिक जटिल, परस्पर जुड़े हुए राज्य की ओर निर्देशित कर सकते हैं, जबकि प्राइमेट एस्ट्रोसाइट्स उन्हें एक तेज़, अधिक परिपक्व अवस्था की ओर धकेल सकते हैं।
यह परीक्षण करने के लिए कि क्या इन रासायनिक अंतरों ने वास्तव में न्यूरॉन्स के विकास को बदला, शोधकर्ताओं ने एक 'स्वैप' (बदलाव) किया। उन्होंने एक डिश में बढ़ते मानव न्यूरॉन्स को लिया और उन्हें प्राइमेट एस्ट्रोसाइट्स द्वारा निर्मित तरल वातावरण खिलाया। परिणाम तत्काल और चौंकाने वाला था। मानव न्यूरॉन्स, जो सामान्य रूप से परिपक्व होने में लंबा समय लेते हैं, उनमें बहुत पहले ही विद्युत गतिविधि के संकेत दिखने लगे। उन्होंने संकेतों को अधिक बार प्रसारित किया, और एक चिंपांजी या बंदर के परिपक्व न्यूरॉन्स की तरह व्यवहार करने लगे। इसके विपरीत, जब शोधकर्ताओं ने प्राइमेट एस्ट्रोसाइट्स में से सेरीन और ग्लाइसिन के उत्पादन को रोका, तो मानव न्यूरॉन्स पर प्रभाव कम हो गया। यह इंगित करता कि एस्ट्रोसाइट्स का विशिष्ट रासायनिक आउटपुट सीधे न्यूरॉन के विकास की गति और प्रकृति को प्रभावित कर रहा था। अध्ययन बताता है कि मानव मस्तिष्क का विकास केवल स्वयं न्यूरॉन्स को बदलने के बारे में नहीं था, बल्कि उनके चारों ओर के सहायता तंत्र को बदलने के बारे में भी था।
ये निष्कर्ष इस बात की ओर इशारा करते हैं कि हमारे मस्तिष्क कैसे काम करते हैं। मानव न्यूरॉन्स को बड़ा और अधिक जटिल माना जाता है, जिन्हें बनाने के लिए अधिक ऊर्जा और समय की आवश्यकता होती है। शोधकर्ता प्रस्तावित करते हैं कि मानव एस्ट्रोसाइट्स ऊर्जा के लिए लैक्टेट का निरंतर प्रवाह और शाखाओं को प्रोत्साहित करने के लिए विशिष्ट प्रोटीन प्रदान करके इस जटिलता का समर्थन करने के लिए विकसित हुए होंगे। इस बीच, अन्य प्राइमेट्स के एस्ट्रोसाइट्स एक अलग प्रकार के विकास के लिए अनुकूलित प्रतीत होते हैं, जो निर्माण खंडों के तीव्र संश्लेषण और तेज़ विद्युत परिपक्वता को प्राथमिकता देता है। सहायक कोशिकाओं में यह अंतर यह समझाने में मदद करता है कि मानव मस्तिष्क विकसित होने में अधिक समय क्यों लेता है लेकिन अंततः एक अद्वितीय संरचना प्राप्त करता है। यह एक अनुस्मारक है कि मस्तिष्क कोशिकाओं का एक समुदाय है, और जिस तरह से ये कोशिकाएं रसायन विज्ञान के माध्यम से एक-दूसरे से बात करती हैं, वह उनके द्वारा ले जाए जाने वाले जेनेटिक कोड जितना ही महत्वपूर्ण है। यह समझने के माध्यम से कि सहायक कोशिकाएं कैसे कार्य करती हैं, वैज्ञानिक अब एक स्पष्ट तस्वीर देखना शुरू कर रहे हैं कि मानव मन को हमारे निकटतम रिश्तेदारों के मन से क्या अलग बनाता है।
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