डीजल निकास एक्सपोजर ज़ेब्राफ़िश मस्तिष्क में न्यूरोडीजनरेशन में शामिल नेटवर्क की अभिव्यक्ति को बदलता है भाग 1

अमूर्त

न्यूरोडीजेनेरेटिव रोग दुनिया में विकलांगता का एक प्रमुख कारण हैं, लेकिन उनके कारणों का पता लगाना अभी भी मुश्किल है। आनुवंशिक कारक इनमें से अधिकांश विकारों के जोखिम के केवल एक छोटे से हिस्से के लिए जिम्मेदार हो सकते हैं, जिससे पता चलता है कि पर्यावरणीय कारक इन रोगों के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

न्यूरोडीजेनेरेटिव रोग एक प्रकार की बीमारी को संदर्भित करते हैं जो विभिन्न कारणों से मस्तिष्क कोशिकाओं के अध:पतन का कारण बनती है। आम बीमारियों में अल्जाइमर रोग, पार्किंसंस रोग, हंटिंगटन रोग आदि शामिल हैं। ये रोग मस्तिष्क में न्यूरॉन्स को प्रभावित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप मस्तिष्क की कार्यप्रणाली में कमी आती है और स्मृति, सोच और व्यवहार में परिवर्तन जैसे लक्षण दिखाई देते हैं।

हालाँकि, हमें इन बीमारियों के कारण अपना सकारात्मक रवैया नहीं खोना चाहिए। रोगियों की याददाश्त सुधारने और लक्षणों से राहत दिलाने के कई तरीके हैं। आइए इनमें से कुछ तरीकों पर नज़र डालें:

सबसे पहले, कुछ शारीरिक व्यायाम करें। शोध से पता चलता है कि शारीरिक गतिविधि मस्तिष्क में रक्त परिसंचरण में सुधार करती है और डोपामाइन और एंडोर्फिन जैसे रसायनों की रिहाई को बढ़ाती है, जो न्यूरॉन्स के कार्य को सुरक्षित और बेहतर बनाने में मदद करते हैं। साथ ही, व्यायाम चिंता, अवसाद और अनिद्रा जैसी समस्याओं को कम करने में भी मदद कर सकता है, जिससे रोगियों को जीवन का सामना करना अधिक सुखद लगता है।

दूसरा, सामाजिक संबंध बनाए रखें। यह भी बहुत महत्वपूर्ण है कि हमारे सामाजिक नेटवर्क मस्तिष्क के संबंधित क्षेत्रों से निकटता से जुड़े हों, और सामाजिक संपर्क न केवल तनाव को कम कर सकता है, बल्कि खुशी बढ़ाकर, अवसाद से लड़कर और बहुत कुछ करके मस्तिष्क के स्वास्थ्य में सुधार भी कर सकता है।

अंत में, अच्छा खाएं और पर्याप्त नींद लें। इन दोनों पहलुओं का मस्तिष्क स्वास्थ्य पर महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है। एक अच्छे आहार में न केवल पर्याप्त पोषक तत्व शामिल होने चाहिए, बल्कि इसमें बार-बार बहुत अधिक चीनी, संतृप्त वसा और कोलेस्ट्रॉल का सेवन करने से भी बचना चाहिए। इसके अलावा, पर्याप्त नींद लेने से विभिन्न चरणों में स्मृति समस्याओं से निपटने में मदद मिल सकती है, खासकर अल्जाइमर रोग जैसी बीमारियों से।

संक्षेप में, न्यूरोडीजेनेरेटिव बीमारियों का मतलब जीवन के लिए उम्मीदों को छोड़ देना नहीं है। सकारात्मक दृष्टिकोण बनाए रखते हुए, जीवन की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए वैज्ञानिक और प्रभावी तरीकों को अपनाना भी आवश्यक है। अधिक हँसी और अधिक धूप आपको स्वस्थ रहने में मदद करेगी। यह देखा जा सकता है कि हमें याददाश्त में सुधार करने की आवश्यकता है, और सिस्टांच डेजर्टिकोला याददाश्त में काफी सुधार कर सकता है क्योंकि सिस्टांच डेजर्टिकोला एक पारंपरिक चीनी औषधीय सामग्री है जिसके कई अनोखे प्रभाव हैं, जिनमें से एक याददाश्त में सुधार करना है। सिस्टांच डेजर्टिकोला की प्रभावकारिता इसमें मौजूद कई सक्रिय तत्वों से आती है, जिसमें टैनिक एसिड, पॉलीसेकेराइड, फ्लेवोनोइड ग्लाइकोसाइड आदि शामिल हैं। ये तत्व विभिन्न मार्गों के माध्यम से मस्तिष्क के स्वास्थ्य को बढ़ावा दे सकते हैं।

याददाश्त बढ़ाने के 10 तरीके जानने के लिए क्लिक करें

हाल ही में यह पाया गया है कि वायु प्रदूषण के लम्बे समय तक संपर्क में रहने से अल्जाइमर और पार्किंसंस रोगों का खतरा बढ़ जाता है, लेकिन इसके आणविक तंत्र को अच्छी तरह से समझा नहीं जा सका है।

डीजल एग्जॉस्ट पार्टिकल एक्सट्रैक्ट (डीईपीई) के संपर्क में आने वाले ज़ेब्राफ़िश भ्रूणों में ऑटोफ़ैगी और न्यूरोनल लॉस की समस्या होती है। यहाँ, हमने ज़ेब्राफ़िश भ्रूणों को डीईपीई के संपर्क में लाया और वायु प्रदूषण से प्रेरित रोगजनक मार्गों की पहचान करने के लिए उनके मस्तिष्क से उच्च थ्रूपुट प्रोटिओमिक और ट्रांसक्रिप्टोमिक अभिव्यक्ति विश्लेषण किया। डीईपीई उपचार ने न्यूरोडीजेनेरेटिव प्रक्रियाओं से संबंधित कई जैविक प्रक्रियाओं और सिग्नलिंग मार्गों को बदल दिया, जिसमें ज़ेनोबायोटिक चयापचय, फ़ेगोसोम परिपक्वता और एमिलॉयड प्रसंस्करण शामिल हैं। मस्तिष्क में जीन अभिव्यक्ति का सबसे बड़ा प्रेरण Cyp1A (30- गुना से अधिक) में था।

इस अभिव्यक्ति परिवर्तन की प्रासंगिकता की पुष्टि CRISPR/Cas9 का उपयोग करके प्रेरण को अवरुद्ध करके की गई, जिसके परिणामस्वरूप DEPe विषाक्तता के प्रति संवेदनशीलता में नाटकीय वृद्धि हुई, जिससे पुष्टि हुई कि Cyp1A प्रेरण एक प्रतिपूरक सुरक्षात्मक तंत्र था।

इन अध्ययनों ने बाधित आणविक मार्गों की पहचान की है जो न्यूरोडीजेनेरेटिव विकारों के रोगजनन में योगदान कर सकते हैं। अंततः, वायु प्रदूषण न्यूरोडीजेनेरेटिव विकारों के जोखिम को कैसे बढ़ाता है, इसके आणविक आधार का निर्धारण करने से रोग-संशोधित उपचारों के विकास में मदद मिलेगी।

कीवर्ड

वायु प्रदूषण · मनोभ्रंश · पार्किंसंस रोग · अल्जाइमर रोग · ट्रांसक्रिप्टोमिक्स · प्रोटिओमिक्स।

परिचय

वायु प्रदूषण मृत्यु दर में एक प्रमुख योगदानकर्ता है और यह श्वसन रोग, हृदय रोग, स्ट्रोक, फेफड़ों के कैंसर और मधुमेह से जुड़ा हुआ है। उभरते महामारी विज्ञान साक्ष्य वायु प्रदूषण के संपर्क और अल्जाइमर और पार्किंसंस रोग (एडी और पीडी) सहित न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों के विकास के बीच एक संबंध का समर्थन करते हैं (फू एट अल। 2019)। वायु प्रदूषण के कारण एडी और पीडी के जोखिम को बढ़ाने वाले तंत्रों की जांच करने वाले शोध की कमी है, लेकिन जो कुछ मौजूद हैं वे एक कारण संबंध का समर्थन करते हैं (फू एट अल। 2019)।

मस्तिष्क में प्रोटीन समावेशन का संचय न्यूरोडीजेनेरेटिव विकारों की एक सार्वभौमिक विशेषता है और संभवतः न्यूरोनल डिसफंक्शन और मृत्यु की ओर ले जाने वाला एक सामान्य मार्ग है। उदाहरण के लिए, एमिलॉयड-बीटा (ए-बीटा) और टाउ संरचनाओं का निर्माण एडी और -सिनुक्लिन (-सिन) समुच्चय या पीडी में लेवी बॉडीज के रोग संबंधी लक्षण हैं (रॉस और पोइरियर 2004; वूल्फ 2008)।

प्रोटिओस्टेसिस में परिवर्तन कम से कम आंशिक रूप से इन समुच्चयों के निर्माण के पीछे दिखाई देते हैं, लेकिन सटीक तंत्र अभी भी अज्ञात हैं और आनुवंशिक और पर्यावरणीय जोखिम कारकों के आधार पर व्यक्तियों में भिन्न हो सकते हैं। हम जानते हैं कि ए-बीटा या -सिन की बढ़ी हुई अभिव्यक्ति या कम गिरावट से एडी और पीडी हो सकता है (बोस्टनकिक्लिओग्लू 2019; जॉनसन एट अल। 2019)।

न्यूरोडीजेनेरेटिव विकारों में अन्य सामान्य विशेषताएं सूजन और ऑक्सीडेटिव तनाव हैं। सक्रिय माइक्रोग्लिया, सीएनएस में सूजन वाली कोशिकाएं, एडी और पीडी मस्तिष्क के शव परीक्षण में आसानी से पहचानी जा सकती हैं और संभवतः न्यूरोडीजनरेशन के रोगजनन में योगदान देती हैं (कन्नारकट एट अल। 2013)। यह सूजन और संभवतः माइटोकॉन्ड्रियल डिसफंक्शन ऑक्सीडेटिव तनाव का कारण बनता है जिसे शव परीक्षण किए गए मस्तिष्क में भी पहचाना जाता है (पिका एट अल। 2020)।

वायु प्रदूषण और न्यूरोडीजनरेशन पर अब तक के अधिकांश यांत्रिक अध्ययनों में सूजन पर ध्यान केंद्रित किया गया है (जयराज एट अल. 2017)। वायु प्रदूषण जानवरों और मानव मस्तिष्क में सीएनएस सूजन और ऑक्सीडेटिव तनाव दोनों को बढ़ाता है (कैल्डेरोन-गार्सिडुएनास एट अल. 2004, 2007, 2008 ए, बी और सी; लेवेस्क एट अल. 2011 ए, बी, 2013; मौलटन और यांग 2012; मुमाव एट अल. 2017; योकोटा एट अल. 2013 ए, बी)।

विशेष रूप से दिलचस्प निष्कर्ष यह है कि वायु प्रदूषण चूहों के घ्राण बल्ब (ओबी) में कुछ सूजन वाले जीन की अभिव्यक्ति को बढ़ाता है, एक मस्तिष्क क्षेत्र जहां पीडी पैथोलॉजी बीमारी के बहुत शुरुआती चरण में देखी जाती है (लेवेस्क एट अल। 2011 ए, बी; योकोटा एट अल। 2013 ए)। ग्रामीण क्षेत्रों में रहने वाले कुत्तों की तुलना में शहरी क्षेत्रों में रहने वाले कुत्तों में भी सूजन देखी गई, और लेखकों ने अनुमान लगाया कि ये परिवर्तन वायु प्रदूषण के उच्च स्तर के कारण थे (कैल्डेरोन-गार्सिड्यूनास एट अल। 2003)।

उन्हीं लेखकों ने यह भी सुझाव दिया कि वायु प्रदूषण के कारण शहरों में रहने वाले लोगों के दिमाग में -सिन जमा हो गया (कैल्डेरोन-गार्सिडुएनास एट अल. 2004, 2008ए, बी)। ज़ेब्राफ़िश मॉडल में हाल ही में किए गए एक अध्ययन में, डीईपीई के संपर्क में आने से ऑटोफ़ैगी को बाधित करके न्यूरोटॉक्सिसिटी और न्यूरॉन संख्या में उल्लेखनीय कमी होने की सूचना मिली (बार्नहिल एट अल. 2020)।

डीईपी में वायु प्रदूषण के कई विषैले घटक होते हैं और इसका उपयोग आमतौर पर सेल कल्चर सिस्टम में एक्सपोज़र को मॉडल करने के लिए किया जाता है (कोस्टा एट अल. 2014; हेस्टरबर्ग एट अल. 2010; लेवेस्क एट अल. 2011बी)। ऑटोफैगी गलत तरीके से मुड़े हुए प्रोटीन और क्षतिग्रस्त अंगों को हटाने और उन्मूलन के लिए एक आवश्यक इंट्रासेल्युलर तंत्र है।

वास्तव में, सेलुलर होमियोस्टेसिस के लिए सटीक ऑटोफैगिक गतिविधि आवश्यक है, और न्यूरॉन्स में असामान्य ऑटोफैगी से अस्तित्व और न्यूरोडीजनरेशन में बदलाव होता है (केसिडौ एट अल. 2013)। इनमें से कई अध्ययनों में स्पष्ट सीमाएँ हैं, लेकिन वे सभी सुझाव देते हैं कि वायु प्रदूषण के संपर्क में आने से AD और PD का जोखिम बढ़ जाता है। प्रदूषण के इस जोखिम को बढ़ाने वाले तंत्रों के बारे में हमारी समझ सीमित है, लेकिन वायु प्रदूषण के अति सूक्ष्म कण और कई घटक सीधे घ्राण बल्ब के माध्यम से या रक्तप्रवाह के माध्यम से फेफड़ों के माध्यम से मस्तिष्क में प्रवेश कर सकते हैं (किलियन और किताज़ावा 2018)।

ये कण कार्बन कोर और अधिशोषित यौगिकों जैसे पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन, धातु, नाइट्रेट, सल्फेट और अन्य तत्वों से बने होते हैं और वायु प्रदूषकों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा होते हैं, विशेष रूप से शहरी क्षेत्रों में। इनमें से कई यौगिकों को ऑक्सीडेटिव तनाव और कोशिकीय विषाक्तता में शामिल किया गया है, जिससे वायु प्रदूषण और न्यूरोडीजेनेरेशन के बीच एक कारण संबंध की संभावना बढ़ जाती है।

सेलुलर और पशु मॉडल सहित विस्तृत बहुविषयक जांच, बीमारी के कारणों और प्रत्यक्ष भविष्य के उपचारात्मक दृष्टिकोणों के बारे में जानकारी दे सकती है (कैनन और ग्रीनमायर 2011)। इन विवो अध्ययनों के लिए उपयोग किए जाने वाले मॉडल जीवों में, डैनियो रेरियो (ज़ेब्राफ़िश) विष विज्ञान, आणविक आनुवंशिकी, टॉक्सिकोजेनोमिक्स और ड्रग डिस्कवरी का अध्ययन करने के लिए एक शक्तिशाली मॉडल है।

अधिकांश जैविक मार्ग कशेरुकियों में अत्यधिक संरक्षित होते हैं, और अधिकांश कार्यात्मक मानव जीनों में ज़ेब्राफ़िश (वाज़ एट अल.2018) में समरूपताएँ होती हैं। इसके अलावा, ज़ेब्राफ़िश भ्रूण तेज़ी से और स्वतंत्र रूप से विकसित होते हैं, जिससे किसी भी वांछित विकासात्मक चरण में विश्लेषण की अनुमति मिलती है। ये विशेषताएँ, तेज़ प्रजनन और पालन-पोषण की कम लागत के साथ मिलकर ज़ेब्राफ़िश को पर्यावरणीय जोखिमों के विषाक्त प्रभावों का अध्ययन करने के लिए एक अनुकूल मॉडल बनाती हैं।

रोग के रोगजनन के पीछे आणविक तंत्र को बेहतर ढंग से समझने के लिए, उच्च-थ्रूपुट जीन अभिव्यक्ति प्रोफाइलिंग दृष्टिकोणों की एक विस्तृत श्रृंखला विकसित की गई है। मास स्पेक्ट्रोमेट्री-आधारित प्रोटिओमिक्स और उच्च-थ्रूपुट आरएनए अनुक्रमण रुचि के जैविक मार्गों की पहचान करने में विशेष रूप से आशाजनक हैं। इन तकनीकों का व्यापक रूप से पर्यावरणीय उत्तेजनाओं के प्रति सेलुलर और पशु मॉडल की प्रतिक्रिया को समझने के लिए उपयोग किया गया है (डुआन एट अल। 2017; गार्सिया-एस्ट्राडा एट अल। 2013; जैमीट अल। 2014 ए, बी, 2015; कोसलकोवा एट अल। 2012)।

इस अध्ययन में, हमने ज़ेबराफ़िश भ्रूण के सिर के भीतर प्रोटिओम और ट्रांसक्रिप्टोम प्रोफ़ाइल दोनों पर DEPe उपचार के प्रभावों के अभिव्यक्ति विश्लेषण का अनुसरण किया है। सिर से नमूनों का अलगाव जो मुख्य रूप से मस्तिष्क ऊतक से बना होता है, अधिक ऊतक-विशिष्ट प्रोफ़ाइल प्राप्त करने और अन्य ऊतकों से उत्पन्न होने वाले प्रभावों को कम करने की अनुमति देता है। हम यहाँ DEPe-उजागर ज़ेबराफ़िश के सिर में न्यूरोडीजनरेशन में शामिल कई मार्गों में परिवर्तित जीन अभिव्यक्ति और प्रोटीन प्रोफ़ाइल का वर्णन करते हैं। ये परिणाम संभावित तंत्रों में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं जिसके द्वारा वायु प्रदूषण AD और PD के जोखिम को बढ़ाता है।

सामग्री और विधियां

मछली उपचार और CRISPR/Cas9-मध्यस्थ जीन-नॉकडाउन

सभी अध्ययनों को यूसीएलए एनिमल राइट्स कमेटी द्वारा अनुमोदित किया गया था। ज़ेब्राफ़िश (एबी) को 1 घंटे के लिए प्रकाश उत्तेजना द्वारा प्रजनन कराया गया था, और कुल 200 अंडों को 28 डिग्री पर 24 घंटे के लिए इनक्यूबेट किया गया था। परिणामी भ्रूणों को प्रोनेज़ (2 मिलीग्राम / एमएल) में डीकोरियोनेट किया गया और 20 माइक्रोग्राम / एमएल की अंतिम सांद्रता पर डीईपी (मानक संदर्भ सामग्री, एनआईएसटी, गेथर्सबर्ग, एमडी) या वाहन के साथ 5 दिनों के बाद निषेचन (डीपीएफ) तक इलाज किया गया।

इस सांद्रता का चयन इसलिए किया गया क्योंकि इससे न्यूरॉन की हानि हुई जैसा कि पहले बताया गया था लेकिन बिना महत्वपूर्ण मृत्यु दर के (बार्नहिल एट अल. 2020)। Cyp1A नॉकडाउन मछली निम्नानुसार तैयार की गई थी। http://crispr.mit.edu पर उपलब्ध उपकरणों का उपयोग करते हुए, CRISPR RNA (Cyp1A-crRNA) को Cyp1A जीन के पहले एक्सॉन में उपयुक्त PAM साइटों के स्थान के आधार पर डिज़ाइन किया गया था।

सबसे अच्छा डिज़ाइन IDT DNA (www.idtdna.com) से मानक CRISPR-Cas9 tracrRNA के साथ खरीदा गया था। Cyp1Agene और tracrRNA के लिए crRNA को 10 mM Tris-EDTA में अलग-अलग फिर से निलंबित किया गया ताकि 100 μM अंतिम सांद्रता प्राप्त हो सके। फिर, tracrRNA को 1×duplex बफर (100 mM पोटेशियम एसीटेट; 30 mM HEPES, pH 7.5; IDT DNA) में crRNA के साथ मिलाया गया ताकि 10 μM की अंतिम सांद्रता प्राप्त हो सके। मिश्रण को उबलते पानी के स्नान में 5 मिनट के लिए 95 डिग्री तक गर्म किया गया और धीरे-धीरे कमरे के तापमान पर ठंडा किया गया ताकि incrRNA और tracrRNA के पूरक न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों की एनीलिंग और फंक्शनल गाइड RNA (gRNA) का निर्माण हो सके।

फिर 3 μL एनीलेड जीआरएनए की मात्रा को डोनर सिंगल-स्ट्रैंड डीएनए (ssDNA; 200 μM) की समान मात्रा के साथ संयोजित किया गया, जो उत्परिवर्ती Cyp1A के लिए टेम्पलेट अनुक्रम के रूप में था। अंतिम CRISPR/Cas9 राइबोन्यूक्लियोप्रोटीन (Cyp1A-RNP) कॉम्प्लेक्स बनाने के लिए मिश्रण में 1×इंजेक्शन बफर (5 mM KCl; 0.1 M सोडियम फॉस्फेट, pH 6.8) में 3 ug Cas9 न्यूक्लिअस (IDT) की मात्रा मिलाई गई।

स्क्रैम्बल आरएनपी (एससी-आरएनपी) की तैयारी के लिए, विशिष्ट सीवाईपी1ए-सीआरआरएनए को जीनोम पर कोई लक्ष्य नहीं होने के साथ एक वाणिज्यिक स्क्रैम्बल-सीआरआरएनए द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था। इस कार्य में उपयोग किए गए सभी ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स का अनुक्रम पूरक तालिका 1 में सूचीबद्ध है। अंडे को लगभग 3 एनएल आरएनपी इंजेक्शन मिश्रण के साथ एक स्टीरियोमाइक्रोस्कोप के तहत इंजेक्ट किया गया था।

पाँच जैविक प्रतिकृति इंजेक्शन (प्रत्येक प्रतिकृति में 400-600 अंडे शामिल थे जिन्हें Cyp1A-RNP के साथ इंजेक्ट किया गया था और 100-200 अंडे जिन्हें SC-RNP के साथ इंजेक्ट किया गया था) किए गए, और सभी माइक्रोइंजेक्शन 60 मिनट के भीतर पूरे हो गए। अंडों को 100 मिमी प्लास्टिक पेट्री डिश में रखा गया और अंडे के पानी में 28 डिग्री पर इनक्यूबेट किया गया। भ्रूण की जीवित रहने की दर पर 7 दिनों तक नज़र रखी गई।

जीवित मछलियों की छवियों की समीक्षा विकृति के स्कोरिंग के लिए की गई। प्रत्येक लार्वा को 4 विकासात्मक विकृतियों की उपस्थिति के लिए एक अंधे तरीके से स्कोर किया गया था जिसमें सिर की विकृति, पूंछ की विकृति, हृदय शोफ और जर्दी शोफ शामिल थे। सभी 4 विकृतियों वाले लार्वा को 4 अंक दिए जाएंगे, जबकि सामान्य रूप से विकसित होने वाले लार्वा को 0 अंक दिए जाएंगे। महत्वपूर्ण अंतरों का मूल्यांकन करने के लिए सांख्यिकीय टी-परीक्षण का उपयोग किया गया था।

For more information:1950477648nn@gmail.com