'மூளையில் அமைதியான பழுது': டிஎன்ஏ பாலிமரேஸ் β வளரும் நியூரான்களை பிறழ்வுகளிலிருந்து பாதுகாக்கிறது.

பெருமூளைப் புறணி இன்னும் உருவாகி வரும் வேளையில், நியூரானல் மரபணுவில் ஒரு "கண்ணுக்குத் தெரியாத கட்டுமானத் திட்டம்" முழு வீச்சில் உள்ளது: ஆயிரக்கணக்கான மரபணுக்கள் செயல்படுத்தப்படுகின்றன, மெத்திலேஷன் குறிகள் ஊக்குவிப்பாளர்கள் மற்றும் மேம்படுத்திகளில் இருந்து அகற்றப்படுகின்றன, மேலும் வெளிப்பாட்டின் நுணுக்க சரிசெய்தல் ஏற்படுகிறது. இந்த கட்டத்தில், எந்தவொரு டிஎன்ஏ பழுதுபார்க்கும் பிழையும் நியூரானில் வாழ்நாள் முழுவதும் "சிக்கிக்கொள்ளலாம்". பிஎன்ஏஎஸ்- இல் நடத்தப்பட்ட ஒரு சமீபத்திய ஆய்வு, முக்கிய "அனைத்து வர்த்தகங்களின் பலா" டிஎன்ஏ பாலிமரேஸ் β (Polβ) என்பதைக் காட்டுகிறது: அது இல்லாமல், சிபிஜி டைநியூக்ளியோடைடுகளில் இன்டெல் பிறழ்வுகளின் எண்ணிக்கை (செருகல்கள்/நீக்கங்கள்) கார்டிகல் நியூரான்களை வளர்ப்பதில் கூர்மையாக அதிகரிக்கிறது, அதாவது, செயலில் உள்ள டிமெதிலேஷன் நிகழும் இடத்தில்.

ஆய்வின் பின்னணி

பெருமூளைப் புறணியின் வளர்ச்சி என்பது மரபணு ஒழுங்குமுறையின் வெடிக்கும் மறுசீரமைப்பின் ஒரு காலமாகும்: CpG பகுதிகளில் செயலில் உள்ள DNA டிமெதிலேஷன் காரணமாக ஆயிரக்கணக்கான மேம்பாட்டாளர்கள் மற்றும் ஊக்குவிப்பாளர்கள் "இயக்கப்படுகிறார்கள்", மேலும் நியூரான்களின் டிரான்ஸ்கிரிப்ஷனல் நிரல் மாறுகிறது. இத்தகைய எபிஜெனெடிக் "பழுதுபார்ப்பு"க்கு டிஎன்ஏவில் உள்ள தளங்களை வெட்டுதல் மற்றும் மாற்றுதல் தேவைப்படுகிறது, எனவே இது தவிர்க்க முடியாமல் பிழைகளின் அபாயத்துடன் தொடர்புடையது. செல்களைப் பிரிப்பதைப் போலன்றி, பெரும்பாலான நியூரான்கள் செல் சுழற்சியை விரைவாக வெளியேற்றுகின்றன, மேலும் எந்தவொரு பழுதுபார்க்கும் பிழைகளும் உயிர் உருவாக்கும் சோமாடிக் மொசைசிசத்திற்கான அவற்றின் மரபணுவின் ஒரு பகுதியாக மாறும்.

5-மெத்தில்சைட்டோசின் (TET குடும்ப நொதிகள்) ஆக்சிஜனேற்றம், கிளைகோசைலேஸ் மூலம் மாற்றப்பட்ட அடித்தளத்தை அகற்றுதல் மற்றும் அதைத் தொடர்ந்து அடிப்படை எக்சிஷன் பழுதுபார்ப்பு (BER) மூலம் உயிர்வேதியியல் ரீதியாக செயல்படும் டிமெதிலேஷன் ஏற்படுகிறது. இந்த பாதையின் முக்கிய "இணைப்பு" DNA பாலிமரேஸ் β (Polβ) ஆகும், இது விளைந்த ஒற்றை-ஸ்ட்ராண்ட் இடைவெளியை சரியான நியூக்ளியோடைடுடன் நிரப்புகிறது மற்றும் பிணைப்புக்காக தளத்தை கடந்து செல்கிறது. இந்த படி சரியாக வேலை செய்யவில்லை என்றால், உடைப்புகள் மற்றும் இடைநிலை கட்டமைப்புகள் மிக எளிதாக இன்டெல் பிறழ்வுகளாக (செருகல்கள்/நீக்கங்கள்) அல்லது பெரிய மறுசீரமைப்புகளாக மாறும், குறிப்பாக தீவிர எபிஜெனடிக் மாற்றங்கள் உள்ள இடங்களில் - துல்லியமாக CpG நிறைந்த ஒழுங்குமுறை பகுதிகளில்.

CpG களின் குறிப்பிட்ட பாதிப்பு அவற்றின் பொதுவான "முடஜெனிக்" தன்மையுடனும் தொடர்புடையது: 5-மெத்தில்சைட்டோசின் தன்னிச்சையான டீமினேஷனுக்கு ஆளாகிறது, இது பல்வேறு திசுக்களில் பிறழ்வுகளுக்கு CpG களை ஹாட்ஸ்பாட்களாக ஆக்குகிறது. வளரும் மூளையில், இது நியூரான் மரபணுக்கள் மற்றும் மேம்படுத்திகளின் டிமெதிலேஷன் வெள்ளத்தால் அதிகரிக்கிறது - ஆயிரக்கணக்கான லோகிகள் ஒரே நேரத்தில் BER க்கு உட்படுகின்றன. அத்தகைய சூழ்நிலையில், Polβ இன் செயல்திறன் மற்றும் பழுதுபார்க்கும் குழுக்களின் ஒருங்கிணைப்பு ஆகியவை நிரந்தர நியூரான் மரபணுவில் எத்தனை பிழைகள் நழுவுகின்றன என்பதை தீர்மானிக்கின்றன.

இந்த செயல்முறைகளில் ஆர்வம் கல்வி சார்ந்தது அல்ல. நியூரோஜெனிசிஸின் "சாளரங்களின்" போது எழும் சோமாடிக் பிறழ்வுகள், நரம்பியல் வளர்ச்சி மற்றும் மனநல கோளாறுகளுக்கான சாத்தியமான ஆபத்து காரணிகளாகவும், நரம்பியல் நெட்வொர்க்குகளில் வயது தொடர்பான மரபணு "சத்தத்தின்" மூலமாகவும் விவாதிக்கப்படுகின்றன. எபிஜெனெடிக் ரீவைரிங்கின் போது எந்த பழுதுபார்க்கும் வழிமுறைகள் CpG ஐ காப்பீடு செய்கின்றன, அவை தோல்வியடையும் போது என்ன நடக்கிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்வது, வளரும் மூளையில் எபிஜெனெடிக்ஸ், மியூட்டஜெனிசிஸ் மற்றும் பினோடைப்களை இணைக்க உதவுகிறது - மேலும் நரம்பியல் மரபணுவைப் பாதுகாப்பதற்கான பாதிப்பு சாளரங்கள் மற்றும் சாத்தியமான இலக்குகளை எங்கு தேடுவது என்பதைக் குறிக்கிறது.

இது ஏன் முக்கியமானது?

மனிதர்களிலும் எலிகளிலும், நியூரான்கள் பொதுவாகப் பிரிவதில்லை: என்ன பிழைகள் இருந்தாலும், அவை பல தசாப்தங்களாக செல்லில் தங்கி, சோமாடிக் மொசைசிசத்தை உருவாக்குகின்றன - நியூரானிலிருந்து நியூரானுக்கு தனித்துவமான பிறழ்வுகளின் "வடிவம்". இது நரம்பியல் வளர்ச்சி மற்றும் மனநல கோளாறுகளுடன் அதிகரித்து வருகிறது. இந்த வேலை ஒரு குறிப்பிட்ட பிறழ்வு பொறிமுறையையும் ஒரு குறிப்பிட்ட உருகியையும் உறுதியாகக் காட்டுகிறது: டிமெதிலேஷன் போது CpG லோகி → DNA சேதம் → Polβ அடிப்படை எக்சிஷன் பழுதுபார்ப்பு (BER) பாதையில் ஒரு இடைவெளியை சரிசெய்கிறது. கார்டிகல் முன்னோடிகளில் Polβ அணைக்கப்படும் போது, CpG இன்டெல்கள் ~9 மடங்கு அதிகமாகவும், கட்டமைப்பு மாறுபாடுகள் - சுமார் 5 மடங்கு அதிகமாகவும் மாறும்.

அவர்கள் சரியாக என்ன செய்தார்கள்?

• Polβ (Emx1-Cre) இன் நியூரான்-வம்சாவளி நாக் அவுட் கொண்ட எலிகள் கார்டிகல் நியூரோஜெனீசிஸில் பயன்படுத்தப்பட்டன.
• கரு ஸ்டெம் செல்கள் (சோமாடிக் அணுக்கரு பரிமாற்றத்திலிருந்து வந்தவை உட்பட) பெறப்பட்டு, சோமாடிக் பிறழ்வுகளை அளவிட முழு மரபணு வரிசைமுறை செய்யப்பட்டது.
• காட்டு-வகை மற்றும் Polβ-குறைபாடுள்ள மாதிரிகள் ஒப்பிடப்பட்டு, உள்ளூர்மயமாக்கல் மற்றும் உடைப்புகளின் வகையைக் கண்காணித்தன (இன்டெல்கள், கட்டமைப்பு மறுசீரமைப்புகள்).

முக்கிய கண்டுபிடிப்புகள்

• இன்டெல்கள் CpG களுடன் "ஒட்டிக்கொள்கின்றன": Polβ இழப்பு CpG களில் அவற்றின் அதிர்வெண்ணை தோராயமாக ஒன்பது மடங்கு அதிகரிக்கிறது, இது TET-மத்தியஸ்த செயலில் உள்ள டிமெதிலேஷனுக்கான இணைப்பை வலுவாகக் குறிக்கிறது.
• அதிக பெரிய தோல்விகள்: கட்டமைப்பு மாறுபாடுகள் ~5 மடங்கு அதிகமாகக் காணப்படுகின்றன.
• அவை நரம்பியல் மரபணுக்களை குறிவைக்கின்றன: புறணி வளர்ச்சிக்கு முக்கியமான மரபணுக்களால் பிறழ்வுகள் செறிவூட்டப்படுகின்றன; அவை பிரேம்ஷிஃப்டுகள், அமினோ அமிலச் செருகல்கள்/நீக்கங்கள் மற்றும் ஒழுங்குமுறை பகுதிகளில் CpG தளங்களின் இழப்பு/ஆதாயத்திற்கு கூட வழிவகுக்கும்.

CpG-யின் 'அகில்லெஸ் ஹீல்' என்றால் என்ன, Polβ அதை எவ்வாறு மூடுகிறது?

நரம்பியல் நிரல்களை செயல்படுத்தும்போது, மேம்படுத்திகள் மற்றும் ஊக்குவிப்பாளர்கள் டிமெதிலேட்டட் செய்யப்படுகின்றன: TET நொதிகள் 5-மெத்தில்-சைட்டோசைனை ஆக்ஸிஜனேற்றுகின்றன, பின்னர் கிளைகோசைலேஸ்கள் மற்றும் BER சேதமடைந்த அடித்தளத்தை அகற்றி, ஒரு சங்கிலியில் ஒரு இடைவெளியை விட்டுவிடுகின்றன. இங்குதான் Polβ வருகிறது - இது இடைவெளியை சரியான எழுத்தால் நிரப்புகிறது மற்றும் டிஎன்ஏவை பிணைப்புக்காக அனுப்புகிறது. Polβ இல்லாமல், இடைவெளிகள் பெரும்பாலும் இன்டெல்களாகவும் மறுசீரமைப்புகளாகவும் மாறும். வேறு வார்த்தைகளில் கூறுவதானால், மூளை அதன் வேலைத் திட்டத்தை "சரிப்படுத்தும்" போது, Polβ மரபணு செயல்படுத்தலுடன் வரும் பிறழ்வு உருவாக்கத்தை அடக்குகிறது.

இது ஏன் படத்தை மாற்றுகிறது?

• எபிஜெனெடிக்ஸ் மற்றும் பிறழ்வுகள் இணைப்புகள்: டிமெதிலேஷன் செயல்முறையே பிறழ்வு செயல்முறை என்பதைக் காட்டுகிறது, ஆனால் உடல் Polβ வடிவத்தில் ஒரு "பழுதுபார்ப்பை" நிறுவியுள்ளது.
• மொசைசிசத்தை விளக்குகிறது: நியூரான்களில் உள்ள சில தனித்துவமான பிறழ்வுகள், வளர்ச்சி மரபணுக்களின் இயல்பான செயல்பாட்டின் துணை விளைபொருளாக இருக்கலாம் - பழுதுபார்ப்பு தோல்வியுற்றால்.
• மருத்துவ தாக்கங்கள்: வளர்ச்சியின் முக்கியமான காலகட்டங்களில் BER/Polβ குறைபாடுகள் கோட்பாட்டளவில் நரம்பியல் வளர்ச்சி அபாயத்தை அதிகரிக்கின்றன; இது எதிர்கால ஆராய்ச்சி மற்றும் உயிரியக்கக் குறிகாட்டிகளுக்கான ஒரு வழியாகும்.

ஆர்வமுள்ளவர்களுக்கு "நெறிமுறை" எவ்வாறு படிக்கப்படும்?

• பொருள்: ஆரம்ப நிலை கார்டிகல் நியூரான்கள், SCNT- பெறப்பட்ட கோடுகள் மற்றும் கட்டுப்பாடுகள்.
• முறை: CpG சுற்றுப்புறங்களில் சோமாடிக் SNV/இன்டெல்/கட்டமைப்பு நிகழ்வு மேப்பிங் மற்றும் செறிவூட்டலுடன் WGS.
• ஒப்பீடு: காட்டு-வகை vs Polβ-KO (Emx1-Cre); ஒழுங்குமுறை கூறுகள் (மேம்படுத்துபவர்கள்/ஊக்குவிப்பாளர்கள்) மீதான தாக்கத்தின் மதிப்பீடு.

கட்டுப்பாடுகள்

• இது ஒரு எலி மாதிரி மற்றும் செல் அமைப்புகள்: மனிதர்களுக்கு மொழிபெயர்ப்பதற்கு மனித நியூரோஜெனீசிஸ் மற்றும் பிரேத பரிசோதனை திசுக்களில் நேரடி உறுதிப்படுத்தல் தேவைப்படுகிறது.
• இந்த வேலை Polβ மீது கவனம் செலுத்துகிறது; பிற BER அலகுகள் மற்றும் மாற்று பழுதுபார்க்கும் பாதைகளும் பங்களிக்கக்கூடும் - படம் இன்னும் வரையப்பட உள்ளது.

ஆசிரியர்களின் கருத்து

அல்ட்ராசவுண்ட் மூலம் கட்டுப்படுத்தப்படும் மருந்து வெளியீட்டை கவர்ச்சிகரமானதாக மாற்றாமல், பொதுவான மருந்து கூறுகளிலிருந்து கூடிய ஒரு தொழில்நுட்பமாக மாற்றுவதே இந்த படைப்பின் "மொழிபெயர்ப்பு" கருத்தை ஆசிரியர்கள் வலியுறுத்துகின்றனர். லிப்போசோமின் நீர் மையத்தில் ≈5% சுக்ரோஸைச் சேர்ப்பதே முக்கிய நடவடிக்கை: இது உள்ளடக்கத்தின் ஒலி பண்புகளை மாற்றுகிறது மற்றும் குறைந்த-தீவிரம் கொண்ட துடிப்புள்ள அல்ட்ராசவுண்ட் திசுக்களை சூடாக்காமல் மற்றும் குழிவுறுதல் இல்லாமல் சவ்வின் ஊடுருவலை சுருக்கமாக அதிகரிக்க அனுமதிக்கிறது. அவர்களின் கருத்துப்படி, ஆய்வகத்திற்கும் மருத்துவமனைக்கும் இடையிலான "தடையை நீக்குவது" GRAS துணைப் பொருட்கள் மற்றும் நிலையான லிப்போசோம் உற்பத்தி செயல்முறைகளை நம்பியிருப்பதே ஆகும்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் தளத்தை ஒற்றை மருந்து தீர்வுக்கு பதிலாக மருந்துகளுக்கான பொதுவான "ஆன் பட்டனாக" நிலைநிறுத்துகின்றனர். இன் விட்ரோவில், அவர்கள் கட்டளைப்படி கெட்டமைன் மற்றும் மூன்று உள்ளூர் மயக்க மருந்துகளை ஏற்றி வெளியிட முடிந்தது, மேலும் இன் விவோவில், அவர்கள் BBB ஐத் திறக்காமல் மற்றும் இயக்க முறைகளில் ஹிஸ்டாலஜிக்கல் சேதம் இல்லாமல் மத்திய நரம்பு மண்டலத்திலும், புற நரம்புகளில் பிராந்திய வலி நிவாரணியிலும் இலக்கு வைக்கப்பட்ட நியூரோமோடுலேஷனை நிரூபித்தனர். அவர்களின் சூத்திரத்தின்படி, இது மருத்துவ அல்ட்ராசவுண்ட் அமைப்புகளைப் பயன்படுத்தி மூளை மற்றும் திசுக்களின் மில்லிமீட்டர் மண்டலங்களின் "தள-இலக்கு டெலிவரி மற்றும் ஊடுருவாத நியூரோமோடுலேஷன்" ஆகும்.

பாதுகாப்பான அல்ட்ராசவுண்ட் முறைகளுக்கு சிறப்பு முக்கியத்துவம் அளிக்கப்படுகிறது. "மருந்து அன்கேஜிங்" செய்வதற்கு போதுமான அளவுருக்கள் குறைந்த-தீவிரம் கொண்ட அல்ட்ராசவுண்ட் வரம்பில் உள்ளன, அவை ஏற்கனவே உள்ள சிகிச்சை வசதிகளில் அடையக்கூடியவை மற்றும் டிரான்ஸ்க்ரானியல் பயன்பாட்டிற்கான FDA/தொழில்முறை சமூக கட்டுப்பாடுகளுடன் ஒத்துப்போகின்றன என்பதை ஆசிரியர்கள் குறிப்பிடுகின்றனர். இது ஒழுங்குமுறை பாதைக்கும் மருத்துவ அமைப்புகளில் தளத்தை விரைவாக சோதிக்கும் திறனுக்கும் முக்கியமானது.

அதே நேரத்தில், குழு "தடைகளை" வெளிப்படையாக அடையாளம் கண்டு, அடுத்த படிகளை எடுக்கிறது:

• மருந்தியக்கவியல் மற்றும் பின்னணி கசிவு: நீடித்த சுழற்சியின் போது ரெட்டிகுலோஎண்டோதெலியல் அமைப்புடன் இலக்குக்கு வெளியே வெளியீடு மற்றும் துகள் பரிமாற்றத்தைக் குறைக்க சூத்திரத்தை நன்றாகச் சரிசெய்வது அவசியம்.
• வெவ்வேறு திசுக்களுக்கும் (மூளை vs. புற நரம்புகள்) மற்றும் வெவ்வேறு "சரக்கு" மூலக்கூறுகளுக்கும் அல்ட்ராசவுண்ட் முறைகளை மேம்படுத்துதல்.
• அளவிடுதல் மற்றும் CMC: நிலைத்தன்மையை உறுதிப்படுத்துதல் (குளிர் சங்கிலி), தொடர் உற்பத்தி மற்றும் தர அளவுகோல்களின்படி ஏற்கனவே அங்கீகரிக்கப்பட்ட லிப்போசோமால் வடிவங்களுடன் ஒப்பிடுதல்.
• விரிவாக்கும் அறிகுறிகள்: மயக்க மருந்து/நரம்பியல்-மருந்தியல் தவிர மூலக்கூறுகளைச் சோதித்தல், இதில் "உள்ளூர் மருந்தியல்" முக்கியமானது (எ.கா. வலி, ஸ்பாஸ்டிசிட்டி, உள்ளூர் வலிப்பு எதிர்ப்பு விளைவுகள்).

வழக்கமான லிபோசோமின் "மையத்தின்" ஒரு எளிய பொறியியல் திருத்தம், அல்ட்ராசவுண்டை "ஸ்லெட்ஜ்ஹாம்மரில்" (வெப்பமாக்கல்/குழிவுறுதல்) இருந்து ஒரு சிறந்த டோஸ் சுவிட்சாக மாற்றுகிறது என்பது ஆசிரியர்களின் முக்கிய யோசனை. பெரிய விலங்குகள் மற்றும் மனிதர்களில் பாதுகாப்பு மற்றும் கட்டுப்பாட்டுத்தன்மையை மேலும் சோதனைகள் உறுதிப்படுத்தினால், ஒரு மருந்தை துல்லியமாக இலக்கில் "ஆன்" செய்யும் அத்தகைய முறை, வெளிப்படும் நேரத்தில் மட்டுமே, மருத்துவ மருந்தியலின் நடைமுறை கருவியாக மாறும் - நரம்பியல் முதல் பிராந்திய மயக்க மருந்து வரை.

முடிவுரை

கார்டிகல் மரபணுக்கள் "விழித்தெழுந்து" CpG புள்ளிகளில் ஒரு பாதிப்பைக் காணும் தருணத்தில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஒரு "மறைக்கப்பட்ட கேமராவை" அமைத்தனர். Polβ என்பது இந்த பாதிப்புகள் வாழ்நாள் முழுவதும் நரம்பியல் முறிவுகளாக மாறுவதைத் தடுக்கும் "அமைதியான பழுதுபார்ப்பவராக" மாறுகிறது. Polβ இன் இழப்பு என்பது நரம்பியல் மரபணுக்களில் CpG இன்டெல்கள் (~×9) மற்றும் மறுசீரமைப்புகள் (~×5) ஆகியவற்றின் அதிகரிப்பு ஆகும். இந்த பொறிமுறையைப் புரிந்துகொள்வது சோமாடிக் மொசைசிசத்தின் தோற்றத்தை விளக்க உதவுகிறது மற்றும் எதிர்கால வேலைகளை நரம்பியல் வளர்ச்சியில் பாதிப்புக்கான சாளரங்களுக்கு வழிநடத்துகிறது.

மூலம்: சுகோ என். மற்றும் பலர். டிஎன்ஏ பாலிமரேஸ் β கார்டிகல் நியூரான்களை உருவாக்குவதில் சிபிஜி டைநியூக்ளியோடைடுகளில் சோமாடிக் இன்டெல்களை அடக்குகிறது. தேசிய அறிவியல் அகாடமியின் நடவடிக்கைகள் (ஆன்லைன் ஆகஸ்ட் 13; இதழ் ஆகஸ்ட் 19, 2025), https://doi.org/10.1073/pnas.2506846122 e2506846122.