Integrative hdWGCNA and multi-model validation identify BAIAP2 as a shared neuronal hub for cognitive impairment acrossAlzheimer's disease, diabetic encephalopathy and brain aging

मानव मस्तिष्क अरबों कोशिकाओं का एक विशाल नेटवर्क है, लेकिन सीखने, याद रखने और दुनिया में नेविगेट करने की क्षमता काफी हद तक एक विशिष्ट प्रकार की कोशिका पर निर्भर करती है: न्यूरॉन। ये कोशिकाएं सिनैप्स नामक सूक्ष्म अंतराल के माध्यम से संचार करती हैं, जहाँ रासायनिक संकेत एक से दूसरे में प्रवाहित होते हैं। स्मृति के बनने और बने रहने के लिए, इन कनेक्शनों का लचीला और मजबूत बने रहना आवश्यक है, जिसे प्लास्टिसिटी (plasticity) कहा जाता है। जब यह प्रणाली विफल हो जाती है, तो इसका परिणाम संज्ञानात्मक गिरावट (cognitive decline) होता है, जो उम्र बढ़ने के साथ लाखों लोगों को प्रभावित करती है। हालाँकि हम अक्सर स्मृति हानि को एक एकल समस्या के रूप में देखते हैं, लेकिन यह विभिन्न स्रोतों से उत्पन्न हो सकती है। यह अल्जाइमर रोग में देखे जाने वाले विषाक्त प्रोटीन गुच्छों से, मधुमेह के कारण मस्तिष्क पर पड़ने वाले चयापचय संबंधी तनाव (metabolic strain) से, या केवल उम्र बढ़ने के स्वाभाविक प्रभाव से उत्पन्न हो सकती है। दशकों से, वैज्ञानिकों ने इन स्थितियों का अलग-अलग अध्ययन किया है, और प्रत्येक के भीतर विशिष्ट आणविक कारणों की खोज की है। हालाँकि, एक बढ़ता हुआ प्रश्न उभरा है: क्या स्मृति हानि के ये विभिन्न मार्ग वास्तव में मस्तिष्क के न्यूरॉन्स के भीतर एक ही टूटी हुई मशीनरी पर आकर मिलते हैं?

तियानजिन यूनिवर्सिटी ऑफ ट्रेडिशनल चाइनीज मेडिसिन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस विशिष्ट तुलना के लिए पहले कभी न किए गए स्तर के विवरण के साथ मस्तिष्क के भीतर झाँककर इस प्रश्न का उत्तर देने का प्रयास किया। उन्होंने केवल मस्तिष्क को एक संपूर्ण इकाई के रूप में नहीं देखा; इसके बजाय, उन्होंने व्यक्तिगत कोशिकाओं के भीतर आनुवंशिक निर्देशों का परीक्षण किया। सिंगल-सेल सीक्वेंसिंग (single-cell sequencing) नामक एक शक्तिशाली पद्धति का उपयोग करके, वे अल्जाइमर जैसे लक्षणों वाले चूहों, मधुमेह से संबंधित मस्तिष्क संबंधी समस्याओं वाले चूहों और केवल वृद्ध चूहों के न्यूरॉन्स में हजारों जीन की गतिविधि को पढ़ने में सक्षम थे। इन आनुवंशिक पैटर्न का विश्लेषण करके, शोधकर्ताओं ने एक साझा सूत्र खोजने का प्रयास किया—एक विशिष्ट जीन जो तीनों स्थितियों में एक ही तरह से व्यवहार करता है, जो स्मृति हानि के एक साझा कारण का सुझाव देता है।

शोधकर्ताओं ने चूहों से जुड़े तीन अलग-अलग अध्ययनों से मौजूदा आनुवंशिक डेटा एकत्र करके शुरुआत की। उन्होंने विशेष रूप से हिप्पोकैम्पस (hippocampus) पर ध्यान केंद्रित किया, जो स्थानिक स्मृति (spatial memory) और सीखने के लिए महत्वपूर्ण मस्तिष्क क्षेत्र है, और जो इन तीनों स्थितियों में संवेदनशील माना जाता है। जीन कैसे समूहों में मिलकर काम करते हैं, इसका मानचित्रण करने वाले एक परिष्कृत कंप्यूटर विश्लेषण का उपयोग करके, उन्होंने प्रतिरक्षा कोशिकाओं या रक्त वाहिका कोशिकाओं जैसे अन्य प्रकार की मस्तिष्क कोशिकाओं के शोर को फ़िल्टर किया ताकि केवल न्यूरॉन्स पर ध्यान केंद्रित किया जा सके। इस प्रक्रिया ने उन्हें यह पहचानने में सक्षम बनाया कि कौन से जीन एक कार्यात्मक इकाई बनाने के लिए एक साथ चालू और बंद हो रहे थे। जब उन्होंने अल्जाइमर के चूहों, मधुमेह के चूहों और वृद्ध चूहों के आनुवंशिक नेटवर्क की तुलना की, तो उन्हें एक आश्चर्यजनक समानता मिली। अपनी स्थितियों के अलग-अलग कारणों के बावजूद, तीनों समूहों के न्यूरॉन्स एक ही विशिष्ट आनुवंशिक केंद्र (genetic hub) के साथ संघर्ष कर रहे थे।

वह केंद्र BAIAP2 नामक एक जीन था। कोशिका की भाषा में, यह जीन एक ऐसा प्रोटीन बनाता है जो एक मचान (scaffold) के रूप में कार्य करता है, जो एक संरचनात्मक सहायता प्रणाली है जो न्यूरॉन्स के बीच के कनेक्शनों के आकार को बनाने और बनाए रखने में मदद करती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि तीनों रोग मॉडलों में, इस प्रोटीन को बनाने के निर्देश काफी कम हो गए थे। यह पुष्टि करने के लिए कि यह केवल एक कंप्यूटर भविष्यवाणी नहीं है, टीम ने अल्जाइमर, मधुमेह और उम्र बढ़ने के अपने स्वयं के चूहे मॉडल बनाए। उन्होंने पानी के एक पूल में छिपे हुए प्लेटफॉर्म को खोजने की जानवरों की क्षमता का परीक्षण किया, जो स्थानिक स्मृति का एक मानक परीक्षण है। जैसा कि अपेक्षित था, इन स्थितियों वाले चूहों को स्थान याद रखने में कठिनाई हुई, जो संज्ञानात्मक अक्षमता के स्पष्ट संकेत दिखाते हैं। जब शोधकर्ताओं ने इन संघर्षरत चूहों के मस्तिष्क ऊतकों की जांच की, तो उन्होंने पाया कि BAIAP2 प्रोटीन का स्तर स्वस्थ चूहों की तुलना में वास्तव में बहुत कम था। यह गिरावट केवल एक छोटे क्षेत्र तक सीमित नहीं थी; यह प्रोटीन हिप्पोकैम्पस के तीन प्रमुख उप-क्षेत्रों में गायब था जो स्मृति के लिए जिम्मेदार हैं: CA1, CA3 और डेंटेट गाइरस (dentate gyrus) क्षेत्र।

यह निष्कर्ष जीवित जानवरों के बाहर भी सत्य है, यह सुनिश्चित करने के लिए शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला की डिश में उगाए गए मानव तंत्रिका कोशिकाओं का भी परीक्षण किया। उन्होंने इन कोशिकाओं को तीन अलग-अलग तनावों के संपर्क में रखा: अल्जाइमर से जुड़ा एक विषाक्त प्रोटीन अंश, एक फैटी एसिड जो मधुमेह के चयापचय तनाव की नकल करता है, और एक शुगर कंपाउंड जो उम्र बढ़ने के नुकसान का अनुकरण करता है। हर मामले में, कोशिकाओं ने अपने BAIAP2 प्रोटीन के उत्पादन को कम करके प्रतिक्रिया दी। विभिन्न प्रजातियों, विभिन्न मॉडलों और विभिन्न प्रकार के तनावों के बीच यह निरंतरता बताती है कि इस विशिष्ट प्रोटीन की कमी मस्तिष्क की चोट के प्रति एक मौलिक प्रतिक्रिया है, चाहे प्रारंभिक कारण कुछ भी हो।

यह अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि इसने कोई इलाज खोज लिया है, और न ही यह सिद्ध करता है कि इस जीन को ठीक करने से स्मृति तुरंत बहाल हो जाएगी। शोधकर्ता सावधानीपूर्वक यह नोट करते हैं कि उनका काम एक मजबूत सहसंबंध (correlation) दिखाता है: जब स्मृति खराब होती है तो प्रोटीन कम होता है, और जब मस्तिष्क तनाव में होता है तो यह गिर जाता है। उन्होंने अभी तक यह साबित नहीं किया है कि कम प्रोटीन स्तर ही स्मृति हानि का एकमात्र कारण है, या इसे वापस ऊपर उठाने से क्षति उलट जाएगी। हालाँकि, यह खोज संज्ञानात्मक गिरावट पर दृष्टिकोण को बदल देती है। अल्जाइमर, डायबिटिक एन्सेफैलोपैथी और सामान्य बुढ़ापे को पूरी तरह से अलग समस्याओं के रूप में देखने के बजाय जिनके अद्वितीय समाधान हैं, यह कार्य बताता है कि वे सभी मस्तिष्क की संरचनात्मक सहायता प्रणाली में एक साझा कमजोरी के माध्यम से गुजर सकते हैं। BAIAP2 को इस साझा कमजोर बिंदु के रूप में पहचानकर, यह अध्ययन भविष्य के अनुसंधान के लिए एक नया लक्ष्य प्रदान करता है, जो संकेत देता है कि इस विशिष्ट प्रोटीन की रक्षा या पुनर्स्थापना के लिए डिज़ाइन किए गए उपचार संभावित रूप से संज्ञानात्मक विकारों के एक विस्तृत स्पेक्ट्रम वाले रोगियों की मदद कर सकते हैं।