The Aging Brain Matrix: Cross-Species Evidence Linking FREM3 to Brain and Cognitive Aging
यह अध्ययन पहली बार क्रॉस-स्पीशीज (विभिन्न प्रजातियों के बीच) कारण संबंधी साक्ष्य प्रदान करता है कि आयु-निर्भर जीन FREM3 मस्तिष्क की मात्रा और संज्ञानात्मक कार्य को बनाए रखने के लिए आवश्यक है, जो यह प्रदर्शित करता है कि चूहों में इसकी कमी से मस्तिष्क के शोष (एट्रोफी) और संज्ञानात्मक गिरावट में तेजी आती है, जबकि मनुष्यों में कम आनुवंशिक रूप से नियंत्रित अभिव्यक्ति भी इसी तरह छोटे मस्तिष्क की सतह क्षेत्र और खराब संज्ञानात्मक प्रदर्शन के साथ सह-संबंधित है।
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जैसे-जैसे हम बड़े होते हैं, हमारा मस्तिष्क स्वाभाविक रूप से बदलता है। इनमें से कुछ परिवर्तन सूक्ष्म होते हैं, जैसे कि स्मृति का थोड़ा धीमा होना, जबकि अन्य अधिक गहरे हो सकते हैं, जो अल्जाइमर रोग जैसी स्थितियों की ओर ले जा सकते हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि मस्तिष्क केवल संकेतों को भेजने वाले न्यूरॉन्स का एक संग्रह नहीं है; यह प्रोटीन और शर्करा के एक मचान (स्कैफोल्डिंग) द्वारा थामे हुए एक जटिल ढांचा है जिसे बाह्यकोशिकीय मैट्रिक्स (एक्स्ट्रासेलुलर मैट्रिक्स) कहा जाता है। इस मैट्रिक्स को एक इमारत की ईंटों के बीच के गारे के रूप में सोचें, जो आवश्यक सहायता और स्थिरता प्रदान करता है। जब यह मचान समय के साथ कमजोर या परिवर्तित होता है, तो मस्तिष्क की संरचना सिकुड़ने लगती है, और हमारी सोचने और याद रखने की क्षमता कम हो सकती है। वर्षों तक, शोधकर्ताओं ने उन विशिष्ट जीनों की खोज की जो इस मचान को नियंत्रित करते हैं और यह निर्धारित करते हैं कि हमारे मस्तिष्क समय के बीतने के विरुद्ध कितनी अच्छी तरह टिके रहते हैं। ऐसा ही एक जीन, जिसे FREM3 कहा जाता है, हाल ही में एक महत्वपूर्ण खिलाड़ी के रूप में उभरा है। यह मस्तिष्क के उन हिस्सों में अत्यधिक सक्रिय है जो विभिन्न क्षेत्रों के बीच लंबी दूरी के संचार के लिए जिम्मेदार हैं, और अध्ययनों से पता चला है कि लोगों की उम्र बढ़ने के साथ इसके स्तर में काफी गिरावट आती है। हालाँकि, अब तक, कोई निश्चित रूप से नहीं जानता था कि क्या इस स्तर में गिरावट वास्तव में मस्तिष्क को तेजी से बूढ़ा होने का कारण बन रही है, या यह शरीर में होने वाले अन्य परिवर्तनों का केवल एक दुष्प्रभाव है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने दो बहुत ही अलग प्रजातियों: चूहों और मनुष्यों में इसी जीन को देखकर इस रहस्य को सुलझाने के लिए हाथ बढ़ाया। वे यह देखना चाहते थे कि क्या इस जीन के स्तर को कम करने से सीधे मस्तिष्क का सिकुड़ना और सोचने की क्षमता में गिरावट आएगी। इसे करने के लिए, उन्होंने पहले एक विशेष प्रकार का चूहा बनाया जिसमें इस जीन को विशेष रूप से मस्तिष्क के उत्तेजक न्यूरॉन्स (एक्सिटेटरी न्यूरॉन्स) में बंद कर दिया गया था, जो संकेत भेजने के लिए जिम्मेदार कोशिकाएं हैं। फिर उन्होंने दो अलग-अलग जीवन चरणों में: युवा वयस्कता और मध्य आयु में सामान्य चूहों के साथ उनकी तुलना की। परिणाम चौंकाने वाले थे। जीन बंद होने वाले चूहों में उम्र बढ़ने के साथ मस्तिष्क के आयतन (वॉल्यूम) में भारी कमी देखी गई, जो अपने सामान्य समकक्षों की तुलना में काफी अधिक सिकुड़ गया। यह सिकुड़न यादृच्छिक नहीं थी; यह मस्तिष्क के उन विशिष्ट क्षेत्रों में हुई जो सोचने और गति के लिए महत्वपूर्ण हैं, जिनमें फ्रंटल क्षेत्र और सेरिबैलम शामिल हैं। इसके विपरीत, सामान्य चूहों में इस तरह की उम्र-संबंधी सिकुड़न नहीं देखी गई। इसके अलावा, जब शोधकर्ताओं ने चूहों का एक सरल स्मृति कार्य (मेमोरी टास्क) जिसमें एक Y-आकार का भूलभुलैया (मेज़) शामिल था, पर परीक्षण किया, तो जीन बंद होने वाले चूहे खराब प्रदर्शन करते थे, चाहे वे युवा हों या मध्य आयु के। इससे पता चलता है कि यह जीन मस्तिष्क की भौतिक संरचना और उस पर निर्भर स्मृति कार्यों को बनाए रखने के लिए आवश्यक है।
यह देखने के लिए कि क्या ये निष्कर्ष मनुष्यों पर लागू होते हैं, शोधकर्ताओं ने मानव स्वास्थ्य और आनुवंशिक जानकारी का एक विशाल डेटाबेस, जिसे यूके बायोबैंक (UK Biobank) के रूप में जाना जाता है, की ओर रुख किया। वे मनुष्यों में एक जीन को बंद नहीं कर सकते थे, इसलिए इसके बजाय, उन्होंने लोगों के बीच प्राकृतिक आनुवंशिक अंतरों को देखा जो कुछ व्यक्तियों में FREM3 जीन के निम्न स्तर का कारण बनते हैं। उन्होंने पाया कि कम प्राकृतिक स्तर वाले लोगों के मस्तिष्क के कुल सतही क्षेत्रफल (सरफेस एरिया) छोटे थे, विशेष रूप से मस्तिष्क के पिछले हिस्सों में जो दृष्टि से जुड़े हैं और वे क्षेत्र जो हमें अपने विचारों को जोड़ने में मदद करते हैं। चूहों की तरह ही, मस्तिष्क के आकार में यह कमी विभिन्न संज्ञानात्मक परीक्षणों (कॉग्निटिव टेस्ट) पर कम प्रदर्शन से जुड़ी थी। अध्ययन ने खुलासा किया कि सोचने के कौशल पर जीन का प्रभाव काफी हद तक अप्रत्यक्ष था: जीन के निम्न स्तर होने से मस्तिष्क की संरचना छोटी हो गई, और उस छोटी संरचना ने, बदले में, मानसिक कार्यों को बेहतर ढंग से करने में कठिनाई पैदा की। यह संबंध चालीस के दशक के मध्य से अस्सी के दशक तक की विभिन्न आयु सीमाओं में बना रहा।
शोधकर्ताओं ने सावधानीपूर्वक नोट किया कि उनके मानव निष्कर्ष प्राकृतिक आनुवंशिक विविधताओं पर आधारित थे, जिसका अर्थ है कि वे यह सिद्ध नहीं कर सकते थे कि यह जीन उसी प्रत्यक्ष तरीके से परिवर्तनों का कारण बनता है जैसे उन्होंने चूहों में किया था। हालाँकि, तथ्य यह है कि एक ही जीन ने दोनों प्रजातियों में इतने समान प्रभाव दिखाए, यह इस बात का पुख्ता प्रमाण प्रदान करता है कि यह उम्र बढ़ने के दौरान मस्तिष्क को स्वस्थ रखने में एक मौलिक भूमिका निभाता है। अध्ययन बताता है कि FREM3 जीन मस्तिष्क की संरचनात्मक अखंडता के संरक्षक के रूप में कार्य करता है। जब इसके स्तर उच्च होते हैं, तो मस्तिष्क अपना आकार और रूप बनाए रखता है; जब स्तर गिरते हैं, तो मस्तिष्क आयतन खोने लगता है, और हमारी संज्ञानात्मक क्षमताएं प्रभावित होती हैं। यह खोज उन वैज्ञानिकों के लिए एक नया लक्ष्य प्रदान करती है जो मस्तिष्क की उम्र बढ़ने को धीमा करने के लिए उपचार विकसित करने की आशा रखते हैं। यह समझकर कि यह जीन मस्तिष्क के मचान (स्कैफोल्डिंग) को कैसे सहारा देता है, भविष्य के उपचार इसके स्तर को बढ़ा सकते हैं या इसे गिरावट से बचा सकते हैं, जिससे संभावित रूप से वृद्ध वयस्कों में स्मृति और सोचने के कौशल को संरक्षित करने में मदद मिल सकती है। यह कार्य पशु प्रयोगों और मानव जीव विज्ञान के बीच के अंतर को पाटता है, यह दर्शाता है कि मस्तिष्क की उम्र बढ़ने को नियंत्रित करने वाले नियम प्रजातियों के बीच गहराई से संरक्षित हैं और एक एकल जीन का हमारे मस्तिष्क के बूढ़े होने के तरीके पर गहरा प्रभाव हो सकता है।
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