কার্নেগি মেলন ইউনিভার্সিটির স্কুল অফ কম্পিউটার সায়েন্স, ইউনিভার্সিটি অফ পিটসবার্গ স্কুল অফ মেডিসিন এবং ওয়াশিংটন ইউনিভার্সিটির গবেষকরা আল্জ্হেইমার রোগের একটি পূর্বে অধ্যয়ন করা বৈশিষ্ট্য আবিষ্কার করেছেন যা বিজ্ঞানীদের চিকিত্সার জন্য নতুন উপায় সনাক্ত করতে সাহায্য করতে পারে।
গবেষণা, প্রকাশিত বিজ্ঞানআবিষ্কৃত হয়েছে যে জিনোমের ত্রিমাত্রিক সংগঠন আলঝাইমার রোগে আক্রান্ত ব্যক্তিদের থেকে নির্দিষ্ট মস্তিষ্কের কোষে আলাদা। এসসিএসের রে এবং স্টেফানি লেন ডিপার্টমেন্ট অফ কম্পিউটেশনাল বায়োলজি, পিটের ডিপার্টমেন্ট অফ নিউরোবায়োলজি এবং সহযোগী প্রতিষ্ঠানের বিজ্ঞানীরা জিনোম ভাঁজ করার এই পরিবর্তনগুলিকে জিনের কার্যকলাপ এবং মস্তিষ্কের টিস্যু সংস্থার পরিবর্তনের সাথে যুক্ত করেছেন।
এই বিশদ চিত্রটি তৈরি করতে, দলটি একক-কোষ প্রযুক্তি, মস্তিষ্কের টিস্যুর স্থানিক ম্যাপিং এবং একটি নতুন উন্নত গভীর শিক্ষার মডেলকে একত্রিত করেছে।
অ্যামাইলয়েড এবং টাউ ছাড়িয়ে খুঁজছি
“আলঝাইমার রোগটি একবারে এক স্তরে বোঝা যায় না,” বলেছেন জিয়ান মা, কম্পিউটেশনাল বায়োলজির রে এবং স্টেফানি লেনের অধ্যাপক যিনি গবেষণার নেতৃত্ব দেন এবং তত্ত্বাবধান করেন। “জিনোমের 3D গঠন একটি মৌলিক নিয়ন্ত্রক স্তর যা জিনের কার্যকলাপের সাথে DNA ক্রমকে সংযুক্ত করতে সাহায্য করে। জিনোম ভাঁজ, কোষের অবস্থা এবং টিস্যুর প্রেক্ষাপটকে একত্রিত করে, আমরা কীভাবে তারা একসাথে ফিট করে এবং পরবর্তী ধাপে কোন প্রক্রিয়াগুলি পরীক্ষা করতে হবে তা বোঝার দিকে রোগ-সম্পর্কিত পরিবর্তনগুলি তালিকাভুক্ত করার বাইরে যেতে পারি।”
ডিএনএ একটি সাধারণ সোজা স্ট্র্যান্ড হিসাবে একটি কোষের ভিতরে বসে না। পরিবর্তে, এটি একটি জটিল ত্রি-মাত্রিক কাঠামোতে ভাঁজ করে যা কোন জিন অ্যাক্সেসযোগ্য এবং সক্রিয় তা নির্ধারণ করতে সহায়তা করে। অতএব এই শারীরিক সংস্থার পরিবর্তনগুলি কোষগুলি কীভাবে কাজ করে তা প্রভাবিত করতে পারে।
গবেষকরা মস্তিষ্কের সামনের অংশ প্রিফ্রন্টাল কর্টেক্স থেকে পোস্ট-মর্টেম নমুনা দেখেছেন। টিস্যুটি আলঝেইমার রোগে আক্রান্ত এবং বিহীন লোকদের কাছ থেকে এসেছে যারা দীর্ঘমেয়াদী ডিমেনশিয়া গবেষণায় অংশ নিয়েছিলেন এবং পরে গবেষণায় তাদের মস্তিষ্ক দান করেছিলেন।
দলটি GAGE-seq ব্যবহার করেছে, একটি কৌশল যা একই একক কোষের মধ্যে জিনোমে জিনের অভিব্যক্তি এবং ত্রি-মাত্রিক মিথস্ক্রিয়া উভয়ই পরিমাপ করতে পারে। এই পরিমাপগুলি তখন স্থানিক ট্রান্সক্রিপ্টোম মানচিত্রের সাথে মিলিত হয়েছিল, যা সমগ্র মস্তিষ্কের টিস্যুর মধ্যে জিনের কার্যকলাপ কোথায় ঘটে সে সম্পর্কে তথ্য সংরক্ষণ করে।
এই ডেটা সেটগুলিকে একত্রিত করে, গবেষকরা আশেপাশের টিস্যুর মধ্যে আল্জ্হেইমার-সম্পর্কিত আণবিক এবং সেলুলার পরিবর্তনগুলি কোথায় ঘটেছে তা দেখে জিনোমের শারীরিক সংস্থাকে জিন নিয়ন্ত্রণের সাথে সংযুক্ত করতে সক্ষম হন।
আল্জ্হেইমের জীববিজ্ঞানের একটি নতুন স্তর
“আলঝাইমার রোগে কী ভুল হয় তা বোঝার ক্ষেত্রে আমাদের গবেষণাটি একটি বড় অগ্রগতির প্রতিনিধিত্ব করে,” বলেছেন পিটের নিউরোবায়োলজি বিভাগের নিউরোবায়োলজির সহকারী অধ্যাপক হ্যান্সরোডি ম্যাথিস, যিনি পিট গবেষণা হাত পরিচালনা করেছিলেন। “আমরা আল্জ্হেইমের রোগের ক্লাসিক বৈশিষ্ট্যগুলি জানি – অ্যামাইলয়েড-বিটা ফলক এবং টাউ ট্যাঙ্গেলের সঞ্চয় – কিন্তু আমাদের ফলাফলগুলি রোগের সাথে যুক্ত আণবিক প্যাথলজির একটি উপাদান হিসাবে উচ্চ-ক্রমের ক্রোমাটিন পরিবর্তনগুলিকে প্রতিষ্ঠিত করে, যা বর্তমানে 7 মিলিয়ন আমেরিকানকে প্রভাবিত করে, একটি সংখ্যা যা বাড়তে থাকে।”
অ্যামাইলয়েড বিটা ফলক এবং টাউ ট্যাঙ্গেলগুলি আলঝাইমার রোগের সবচেয়ে পরিচিত জৈবিক বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে একটি। নতুন অনুসন্ধানগুলি পরামর্শ দেয় যে ক্রোমাটিনের পরিবর্তন, ডিএনএ তৈরি উপাদান এবং সংশ্লিষ্ট প্রোটিন যা কোষের ভিতরে জিনোম প্যাকেজ করে, এছাড়াও রোগের আণবিক ল্যান্ডস্কেপের অংশ হিসাবে বিবেচনা করা উচিত।
এআই জিনোম ভাঁজকে জিনের কার্যকলাপের সাথে সংযুক্ত করে
গবেষণার আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ ছিল হিকফর্মার, একটি কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা মডেল যা জিনোমের গঠন কোষের আচরণকে কীভাবে প্রভাবিত করতে পারে তা তদন্ত করার জন্য তৈরি করা হয়েছিল। মডেলটি ডিএনএ সিকোয়েন্স তথ্যকে জিনোম ভাঁজ করার বিস্তৃত প্যাটার্ন এবং বিস্তারিত মানচিত্রের সাথে একত্রিত করে যেখানে ডিএনএর বিভিন্ন অংশ একে অপরের সাথে শারীরিকভাবে যোগাযোগ করে।
এই ইনপুটগুলি ব্যবহার করে, Hicformer বিভিন্ন কোষের ধরন জুড়ে জিনের কার্যকলাপের পূর্বাভাস দেয়। জিনিউ লু, কম্পিউটেশনাল বায়োলজির একজন ডক্টরাল ছাত্র যিনি অধ্যয়নের নেতৃত্ব দিয়েছিলেন, সিস্টেমটিকে একটি গণনামূলক পরীক্ষার বিছানা হিসাবে বর্ণনা করেছেন যা জিনোম ভাঁজের পরিবর্তন কীভাবে জিনের কার্যকলাপকে পরিবর্তন করতে পারে তা অধ্যয়ন করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
“একই কোষে জিনের ক্রিয়াকলাপ এবং জিনোম ভাঁজ পরিমাপ করা আমাদেরকে রোগ-সম্পর্কিত জিন প্রোগ্রামগুলির সাথে ক্রোমোজোমের গঠনকে সরাসরি সংযুক্ত করতে দেয়,” বলেছেন ইয়াং ঝাং, কম্পিউটেশনাল বায়োলজি বিভাগের একজন প্রকল্প বিজ্ঞানী যিনি গবেষণার নেতৃত্ব দিয়েছেন। “বিভিন্ন মস্তিষ্কের কোষের ধরন জুড়ে, এই পেয়ারওয়াইজ ডিসপ্লে আলঝাইমার রোগে 3D জিনোম পুনর্গঠনের একটি ধারাবাহিক স্বাক্ষর প্রকাশ করেছে এবং ভবিষ্যতে যান্ত্রিক এবং থেরাপিউটিক তদন্তের জন্য নিয়ন্ত্রক অঞ্চলগুলিকে অগ্রাধিকার দিতে আমাদের সাহায্য করেছে।”
ডিএনএ সংগঠন কম স্বতন্ত্র হয়ে ওঠে
গবেষকরা আলঝেইমার রোগে আক্রান্ত ব্যক্তিদের কোষের জিনোম আর্কিটেকচারে কিছু সামঞ্জস্যপূর্ণ পার্থক্য চিহ্নিত করেছেন।
জিনোমের বড় অংশগুলি সাধারণত তুলনামূলকভাবে স্বতন্ত্র সক্রিয় এবং নিষ্ক্রিয় অঞ্চলে সংগঠিত হয় যা কম্পার্টমেন্ট নামে পরিচিত। আলঝেইমার কোষে, এই সীমানাগুলি কম তীক্ষ্ণ দেখায়। গবেষকরা এই প্যাটার্নটিকে “বর্ধিত কোষের মিশ্রণ” হিসাবে বর্ণনা করেছেন।
বিভিন্ন ধরণের মস্তিষ্কের কোষগুলি জিনোমের সংলগ্ন অংশগুলির মধ্যে কম মিথস্ক্রিয়া এবং আরও দূরে অবস্থিত অঞ্চলগুলির মধ্যে আরও যোগাযোগ দেখায়। অধিক কোষ সংহত কোষে জিন কার্যকলাপের সামগ্রিক মাত্রা কম থাকে।
দলটি জিন এবং কাছাকাছি নিয়ন্ত্রক উপাদানগুলির মধ্যে দুর্বল মিথস্ক্রিয়াও দেখেছে যা সাধারণত সেই জিনগুলি চালু বা বন্ধ কিনা তা নিয়ন্ত্রণ করতে সহায়তা করে। একই সময়ে, মধ্যবর্তী দূরত্বের কিছু সম্পর্ক জোরদার হয়েছে।
এই কাঠামোগত পার্থক্যগুলি বিপাক এবং সেলুলার স্ট্রেস প্রতিক্রিয়াগুলির পরিবর্তনের সাথে নিউরন এবং সিন্যাপসে জড়িত প্রোগ্রামগুলিতে হ্রাসকৃত কার্যকলাপের সাথে যুক্ত ছিল। গবেষকরা মাইক্রোগ্লিয়াতে বার্ধক্য-সম্পর্কিত প্রোগ্রামগুলির লিঙ্কও খুঁজে পেয়েছেন, মস্তিষ্কের অনাক্রম্য কোষ যা মস্তিষ্কের স্বাস্থ্য বজায় রাখতে এবং ক্ষতির প্রতিক্রিয়ায় গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।
ভবিষ্যতে আল্জ্হেইমের চিকিত্সার সম্ভাব্য সূত্র
গবেষকরা যখন পুরো মস্তিষ্কের টিস্যু জুড়ে এই আণবিক পরিবর্তনগুলি ম্যাপ করেছেন, তখন তারা আবিষ্কার করেছিলেন যে জিনোমের পুনর্গঠন শুধুমাত্র জিনের কার্যকলাপের পরিবর্তনের সাথে সম্পর্কিত নয় বরং টিস্যুর মধ্যে মস্তিষ্কের কোষগুলি যেভাবে সাজানো হয় তার পার্থক্যের সাথেও সম্পর্কিত।
ফলাফলগুলি আল্জ্হেইমের রোগের জীববিজ্ঞানের আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ স্তর হিসাবে ত্রি-মাত্রিক জিনোম সংস্থাকে প্রতিষ্ঠিত করে। তারা গবেষকদের পরীক্ষার জন্য একটি কাঠামো প্রদান করে যা জিনোম আর্কিটেকচারের পরিবর্তনগুলি সরাসরি রোগে অবদান রাখতে পারে।
ভবিষ্যত অধ্যয়নগুলি এখন তদন্ত করতে পারে যে নির্দিষ্ট কাঠামোগত পরিবর্তনগুলি আলঝেইমারের অগ্রগতি চালাতে সাহায্য করে এবং প্রভাবিত নিয়ন্ত্রক অঞ্চলগুলির মধ্যে কোনটি অবশেষে নতুন থেরাপির লক্ষ্যে পরিণত হতে পারে কিনা।
গবেষণাটি ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ হেলথ থেকে অনুদান দ্বারা সমর্থিত ছিল। অন্যান্য সিএমইউ লেখকদের মধ্যে ডক্টরেট ছাত্র শাহুল আলম এবং শিক ওয়াং এবং পোস্টডক্টরাল সহযোগী ঝংজি তাং অন্তর্ভুক্ত ছিল। পিটের অন্যান্য লেখকদের মধ্যে ডক্টরাল ছাত্র আলেকজান্ডার কে. কনিস্কি এবং জুড বারুডি, স্নাতকোত্তর ফেলো সাহার এবং সাহল জুরবানিকালাত এবং ভিজিটিং স্কলার শিহান ওয়াং অন্তর্ভুক্ত। দলটিতে এমআইটি এবং হার্ভার্ডের ব্রড ইনস্টিটিউটের গবেষকরা অন্তর্ভুক্ত ছিলেন; ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়, লস এঞ্জেলেস; ওয়াশিংটন বিশ্ববিদ্যালয়; এবং রাশ আলঝাইমার সেন্টার।