इस बार जो शोधपत्र प्रस्तुत किया जा रहा है, वह यह है।
Microglial-to-neuronal CCR5 signaling regulates autophagy in neurodegeneration
B. P. Festa, F. H. Siddiqi, M. Jimenez-Sanchez, H. Won, M. Rob, A. Djajadikerta, et al.
Neuron 2023
DOI: 10.1016/j.neuron.2023.04.006
सरल शब्दों में बताएं तो…
- माइक्रोग्लिया केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में मौजूद, मैक्रोफेज जैसी प्रतिरक्षा कोशिकाएं हैं। ये मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी के ऊतकों के भीतर व्यापक रूप से मौजूद रहती हैं, और बाहरी पदार्थों तथा कोशिकीय अपशिष्ट को ग्रहण कर उन्हें विघटित करके, तंत्रिका कोशिकाओं के स्वास्थ्य के रखरखाव और मरम्मत तथा सूजन प्रतिक्रियाओं के नियमन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।
- न्यूरॉन तंत्रिका कोशिका को कहते हैं, और यह तंत्रिका तंत्र को बनाने वाली मूलभूत कोशिकाओं में से एक है। तंत्रिका तंत्र में मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी जैसा केंद्रीय तंत्रिका तंत्र तथा परिधीय तंत्रिका तंत्र होते हैं, और न्यूरॉन इन दोनों ही तंत्रिका तंत्रों में मौजूद रहते हैं। न्यूरॉन कोशिका काय, द्रुमाश्म (डेंड्राइट), अक्षतंतु (एक्सॉन), अन्तर्ग्रथन (सिनैप्स) आदि से बना होता है, और सूचना संप्रेषण की भूमिका निभाता है।
- ऑटोफैजी का तात्पर्य कोशिका के भीतर मौजूद कोशिकांगों, प्रोटीनों, कोशिकाद्रव्य आदि अपशिष्ट को विघटित करके पुनः उपयोग करने वाली एक प्रकार की अंतःकोशिकीय पुनर्चक्रण प्रणाली से है। ऑटोफैजी को उन तंत्रों में से एक के रूप में जाना जाता है जिनके द्वारा कोशिकाएं पोषक तत्वों की कमी और तनाव जैसे पर्यावरणीय परिवर्तनों के प्रति प्रतिक्रिया करती हैं, और यह विविध कोशिकीय कार्यों में शामिल रहती है। एक ओर जहां अत्यधिक ऑटोफैजी सामान्य कोशिकीय कार्य को नष्ट कर सकती है, वहीं अपर्याप्त ऑटोफैजी अपशिष्ट के संचय और कोशिका मृत्यु के प्रेरण जैसी विविध समस्याएं उत्पन्न करने के लिए जानी जाती है।
- हंटिंगटन रोग एक आनुवंशिक तंत्रिका-अपक्षयी रोग है, जिसके लक्षणों के रूप में गति संबंधी विकार और संज्ञानात्मक कार्य में गिरावट आदि प्रकट होते हैं। हंटिंगटन रोग के कारक जीन Htt जीन का उत्परिवर्तन ऑटोफैजी में असामान्यताएं उत्पन्न करने के लिए जाना जाता है। Htt जीन के उत्परिवर्तन के कारण, ऑटोफैजी का नियमन अपर्याप्त हो जाता है, और कोशिका के भीतर अपशिष्ट तथा प्रोटीन संचित हो जाते हैं। यह संचय हंटिंगटन रोग में तंत्रिका कोशिकाओं की मृत्यु और तंत्रिका तंत्र की कार्यात्मक हानि का कारण बन सकता है।
- यह शोधपत्र न्यूरॉन के लिए हानिकारक न्यूरॉन की ऑटोफैजी को बाधित करने में सक्रियित माइक्रोग्लिया की भूमिका की व्याख्या करता है। माइक्रोग्लिया से व्युत्पन्न CCL-5/-4/-3 न्यूरॉन के CCR5 को सक्रिय करके न्यूरॉन की ऑटोफैजी को बाधित करती है, और हंटिंगटन रोग तथा टॉपैथी वाले चूहों के मस्तिष्क में CCR5 और CCL-3/-4/-5 बढ़ जाते हैं।
प्रयोग कैसे किया गया?
यह चूहों का उपयोग कर किया गया एक पशु प्रयोग है।
इस शोधपत्र में प्रयुक्त विधियों में शामिल थे:
- MRFP-GFP-LC3 (ट्रैफिक लाइट (Tfl)) चूहों का उत्पादन। ट्रैफिक लाइट (Tfl) चूहों के उत्पादन में आनुवंशिक अभियांत्रिकी तकनीक का उपयोग करके विशिष्ट कोशिकाओं में प्रतिदीप्त रंजक प्रविष्ट करके, उन कोशिकाओं को दृश्यमान बनाने हेतु रूपांतरित चूहों का निर्माण शामिल है। इससे जीवित शरीर के भीतर कोशिकाओं के व्यवहार और अंतःक्रियाओं का अध्ययन करना संभव हो जाता है।
- LC3 को दो रंगों से चिह्नित किया जाता है, MRFP को लाल और GFP को हरा; ऐसा इसलिए है क्योंकि LC3 GFP और लाल प्रतिदीप्त प्रोटीन (mRFP) के साथ दोहरे टैग वाला होता है, जिससे गैर-अम्लीकृत ऑटोफैगोसोम (लाल और हरा = पीला) को अम्लीकृत ऑटोलाइसोसोम (केवल लाल) से अलग पहचाना जा सकता है। चूंकि लाइसोसोम का pH कम होने पर GFP की प्रतिदीप्ति अधिक तेजी से बुझ जाती है, इसलिए ऑटोफैजी फ्लक्स का मूल्यांकन किया जा सकता है। ऑटोफैजी फ्लक्स की व्याख्या नीचे दी गई है।
- PCR द्वारा pMRFP-EGFP-RLC3 से PCAGG में MRFP-GFP-LC3 की सबक्लोनिंग। सबक्लोनिंग एक प्रकार की आनुवंशिक अभियांत्रिकी तकनीक है, जो किसी विशिष्ट DNA खंड (जैसे जीन या प्रमोटर) को काटकर निकालने और उसे किसी अन्य प्लास्मिड वेक्टर में प्रविष्ट करने के कार्य को संदर्भित करती है। इससे लक्षित जीन को ऐसे रूप में निकालना संभव हो जाता है जिसका उपयोग अनुसंधान या आनुवंशिक रूपांतरण के लिए किया जा सके।
- Western blot द्वारा MRFP-GFP-LC3 प्रोटीन के अभिव्यक्ति स्तरों का मूल्यांकन
- मस्तिष्क, मांसपेशी और ऊतक के ब्लॉटिंग द्वारा, तथा ताजा हिमित ऊतक की क्रायोसेक्शनिंग और प्रतिदीप्ति स्तरों के प्रत्यक्ष अवलोकन द्वारा।
ऑटोफैजी (autophagy) फ्लक्स ऑटोफैजी की संपूर्ण प्रक्रिया को दर्शाने वाला एक सूचक है, और इसका उपयोग ऑटोफैजी द्वारा अंतःकोशिकीय पदार्थों के विघटन एवं पुनर्चक्रण की गतिकी के मूल्यांकन के लिए किया जाता है। ऑटोफैजी एक शारीरिक प्रक्रिया है जिसमें कोशिकाएं, तनाव की परिस्थितियों में या पोषक तत्वों की कमी के समय, अनावश्यक या क्षतिग्रस्त अंतःकोशिकीय संरचनाओं और प्रोटीनों को विघटित और पुनर्चक्रित करके, इस प्रकार ऊर्जा और घटकों का पुनः उपयोग करती हैं।
ऑटोफैजी निम्नलिखित प्रमुख चरणों से बनी होती है।
- ऑटोफैगोसोम का निर्माण: एक द्वि-झिल्ली संरचना बनती है जो अंतःकोशिकीय प्रोटीनों और कोशिकांगों को घेर लेती है।
- लाइसोसोम के साथ संलयन: ऑटोफैगोसोम लाइसोसोम के साथ संलयित होकर एक ऑटोफैजिक लाइसोसोम (ऑटोलाइसोसोम) बनाता है।
- विघटन एवं पुनर्चक्रण: ऑटोफैजिक लाइसोसोम के भीतर, अंतर्वस्तुएं लाइसोसोम एंजाइमों द्वारा विघटित होती हैं, और उनके घटक कोशिका के भीतर पुनः उपयोग किए जाते हैं।
ऑटोफैजी फ्लक्स, ऑटोफैगोसोम के निर्माण से लेकर विघटन एवं पुनर्चक्रण तक की प्रक्रियाओं की श्रृंखला का मूल्यांकन करके, ऑटोफैजी की सक्रियता की मात्रा और दक्षता को माप सकता है। ऑटोफैजी फ्लक्स के मूल्यांकन के लिए प्रोटीनों का प्रतिदीप्त अंकन, Western blotting, और जीन अभिव्यक्ति विश्लेषण जैसी विधियों का उपयोग किया जाता है।
कैसे परिणाम प्राप्त हुए?
इस अध्ययन के परिणामों में पाया गया कि सक्रियित माइक्रोग्लिया न्यूरॉन के लिए हानिकारक न्यूरॉन की ऑटोफैजी को बाधित करती है। इस अध्ययन में, माइक्रोग्लिया से व्युत्पन्न CCL-5/-4/-3 ने न्यूरॉन के CCR5 को सक्रिय करके न्यूरॉन की ऑटोफैजी को बाधित किया। शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि हंटिंगटन रोग और टॉपैथी वाले चूहों के मस्तिष्क में CCR5 और CCL-3/-4/-5 बढ़ जाते हैं, जो दर्शाता है कि यह मार्ग इन रोगों के रोगजनन में शामिल हो सकता है।
इसके अलावा, इस अध्ययन में पाया गया कि CCR5 को बाधित करने वाली दवा देने से HeLa CCR5-GFP कोशिकाओं में mTORC1 की सक्रियता, LC3-II की कमी, और mHTT का संचय बाधित हो जाता है, जो सुझाव देता है कि इस मार्ग को लक्षित करना तंत्रिका-अपक्षयी रोगों के लिए एक संभावित चिकित्सीय रणनीति बन सकता है।
इस शोध का भविष्य क्या है?
संभावित दिशाओं में अन्य तंत्रिका-अपक्षयी रोगों में CCR5 की भूमिका की जांच, न्यूरॉन की ऑटोफैजी को नियंत्रित करने वाले अन्य कारकों की पहचान, और तंत्रिका-अपक्षयी रोगों के लिए चिकित्सीय रणनीति के रूप में इस मार्ग को लक्षित करने की संभावना की खोज शामिल हो सकती है।
यह सुझाव देता है कि यह निर्धारित करने के लिए कि क्या इस खोज का चिकित्सकीय अनुप्रयोग किया जा सकता है, और अधिक शोध की आवश्यकता है।
विचार
ऊतक की मरम्मत में ऑटोफैजी एक अत्यंत महत्वपूर्ण तंत्र है। स्टेम सेल चिकित्सा और एक्सोसोम चिकित्सा में भी, इस ऑटोफैजी की भागीदारी में मेरी बहुत रुचि है। मुझे लगता है कि मैं इसका और अध्ययन करता रहूंगा।
अंग्रेज़ी सार
Microglia-to-neuronal CCR5 signaling regulates autophagy in neurodegeneration
In neurodegeneration diseases, microglia switch to an activated state, which results in excessive secretion of pro-inflammatory factors. Our work aims to investigate how this paracrine signaling affects neuronal function. Here, we show that activated microglia mediate non-cell-autonomous inhibition of neuronal autophagy, a degenerative pathway critical for removal toxic, aggregate-prompt proteins accumulating in neurodegenerative disease. We found that the microglia-derived CCL-3/-4/-5 bind and activate neural CCR5, which in turn promotes mTORC1 activation and disrupts autophagy and aggregate-protein clearance. CCR5 and its cognate chemokines are upregulated in the brains of pre-manifesting mouse models for Huntington’s disease (HD) and tauopathy, suggesting a pathological role of this microglia-neuronal axis in the early phase of these disease. CCR5 upregulation is self-sustaining, as CCL5-CCR5 autophagy inhibition impairs CCR5 degradation itself. Finally, pharmacological or genetic inhibition of CCR5 rescues mTORC1 hyperactivation and autophagy dysfunction, which ameliorates HD and tau pathologies in mouse models.
2.62531017