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सेलुलर घड़ियाँ कार्डियक फिजियोलॉजी को कैसे नियंत्रित करती हैं


इस साक्षात्कार में, न्यूज-मेडिकल ने शोध सहयोगी डॉ. एलेसेंड्रा स्टैंगरलिन से अपने नवीनतम शोध के बारे में बात की, जिसने हृदय की सर्कैडियन लय में नई अंतर्दृष्टि प्रदान की।

कृपया क्या आप अपना परिचय दे सकते हैं, हमें आणविक जीव विज्ञान में अपनी पृष्ठभूमि के बारे में बता सकते हैं, और सर्कैडियन रिदम में आपके नवीनतम शोध को किसने प्रेरित किया?

मेरा नाम एलेसेंड्रा स्टैंगरलिन है, और मुझे सेलुलर सर्कैडियन रिदम में लंबे समय से दिलचस्पी है। मैंने अपने करियर के अंतिम पांच वर्षों को यह अध्ययन करने के लिए समर्पित किया कि सर्कैडियन चक्र के दौरान आसमाटिक होमियोस्टेसिस कैसे बनाए रखा जाता है।

प्रारंभिक टिप्पणियों से पता चला है कि घुलनशील साइटोसोलिक प्रोटीन की प्रचुरता में एक सर्कैडियन लय है, जिसमें 20% परिवर्तन होता है। यदि प्रतिसंतुलित नहीं किया जाता है, तो मैक्रोमोलेक्यूल्स की इंट्रासेल्युलर मात्रा में इस तरह के परिवर्तन से साइटोसोल की आसमाटिक क्षमता प्रभावित हो सकती है, जिससे पानी की प्रतिपूरक गति शुरू हो सकती है, सेल व्यवहार्यता के लिए नकारात्मक परिणाम हो सकते हैं।

मैंने पाया कि स्तनधारी कोशिकाएं साइटोसोलिक प्रोटीन में परिवर्तन की भरपाई के लिए 24 घंटे की लय के साथ Na, K, और Cl का आयात और निर्यात करती हैं। यह होमोस्टैटिक नियंत्रण तंत्र कोशिकाओं को एक निरंतर सेल वॉल्यूम रखने और सेल व्यवहार्यता को संरक्षित करने की अनुमति देता है। कार्डियोमायोसाइट्स में, आयन सामग्री में भिन्नता फायरिंग दर में एक आंतरिक दैनिक लय प्रदान करती है।

‘सर्कैडियन रिदम’ शब्द का क्या अर्थ है?

विशेषण “सर्कैडियन” लैटिन शब्द “सर्का” (लगभग) और “मर जाता है” (दिन) से निकला है। सर्कैडियन रिदम एक व्यवहारिक, शारीरिक या कोशिकीय घटना है जो हर 24 घंटे में दोहराई जाती है। सर्कैडियन लय एक जीव के शरीर विज्ञान को बाहरी दुनिया में सिंक्रनाइज़ करने और प्रकाश, तापमान और भोजन की उपलब्धता में दैनिक पर्यावरणीय परिवर्तनों की प्रत्याशा की अनुमति देते हैं।

मानव शरीर क्रिया विज्ञान के कई पहलुओं में एक सर्कैडियन प्रकृति होती है, जैसे कि नींद/जागने का चक्र, कई हार्मोनों की रिहाई और सेलुलर चयापचय। बहुत महत्वपूर्ण रूप से, हालांकि उन्हें बाहरी आदानों के माध्यम से सिंक्रनाइज़ किया जा सकता है, सर्कैडियन लय आत्मनिर्भर होते हैं और बाहरी समय देने वाले संकेतों के अभाव में भी होते हैं।

छवि क्रेडिट: वेक्टरमाइन / शटरस्टॉक

पहले, हम कैसे मानते थे कि कार्डियक सर्कैडियन रिदम संचालित होता है?

हृदय गति में सर्कैडियन लय दशकों से जानी जाती है। स्वस्थ व्यक्तियों में, हृदय गति सुबह में बढ़ जाती है और रात में घट जाती है। कुछ समय पहले तक, हृदय गति के सर्कैडियन विनियमन को मुख्य रूप से सहानुभूति और पैरासिम्पेथेटिक मॉड्यूलेशन के माध्यम से मस्तिष्क में स्थित केंद्रीय घड़ी द्वारा शासित गैर-कोशिका स्वायत्त तंत्र के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था।

हालांकि, सेलुलर घड़ियों के योगदान की कभी जांच नहीं की गई। अब हम दिखाते हैं कि कार्डियोमायोसाइट्स के भीतर एक कोशिका-स्वायत्त घड़ी केंद्रीय तंत्रिका तंत्र और प्रणालीगत संकेतों से स्वतंत्र रूप से हृदय गति को नियंत्रित करती है। दरअसल, संस्कृति में पृथक कार्डियोमायोसाइट्स में कार्रवाई संभावित फायरिंग दर दिन और रात के बीच बदलती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि हमने पाया कि एचआर में दैनिक भिन्नता बनी रहती है विवो में स्वायत्त नाकाबंदी के तहत।

हम यह भी मानते थे कि सर्कैडियन लय में शामिल सेलुलर आयन सांद्रता काफी स्थिर थी। आपके शोध ने इस सिद्धांत का खंडन क्यों किया है और ये स्तर वास्तव में कैसे भिन्न हैं?

हम सभी ने पाठ्यपुस्तकों से सीखा है कि Na की अंतःकोशिकीय सांद्रता लगभग 10 mM है, K की सांद्रता लगभग 140 mM है, और हमने आमतौर पर यह मान लिया है कि वे काफी स्थिर रहती हैं। हम अपने परिणामों से हैरान थे, जिससे पता चला कि कई आयनों की इंट्रासेल्युलर एकाग्रता दिन के दौरान लगभग 20-30% बदल जाती है।

हमारा मॉडल बताता है कि सर्कैडियन चक्र के दौरान Na, K, और Cl का शुद्ध आयात और निर्यात बदल जाता है, जिससे इन आयनों की इंट्रासेल्युलर सांद्रता में परिवर्तन होता है। हमने इस प्रक्रिया में महत्वपूर्ण खिलाड़ियों के रूप में कोट्रांसपोर्टर्स के एसएलसी12ए परिवार की पहचान की है, लेकिन हम इस बात को बाहर नहीं करते हैं कि वीआरएसी जैसे अन्य ट्रांसपोर्टर भी भूमिका निभा सकते हैं।

क्या आप वर्णन कर सकते हैं कि आपने अपने नवीनतम शोध को सर्कैडियन लय में कैसे किया?

हमने एक्शन पोटेंशियल फायरिंग रेट को मापने के लिए साइटोसोलिक क्राउडिंग से लेकर माइक्रोइलेक्ट्रोड एरे तकनीक तक का आकलन करने के लिए लाइव-सेल माइक्रोस्कोपी और क्वांटम डॉट्स की ट्रैकिंग से लेकर विभिन्न अत्याधुनिक तकनीकों को नियोजित किया। आयन लय की खोज की कुंजी एक विश्लेषणात्मक तकनीक का उपयोग कर रही थी जिसे इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (ICP-MS) कहा जाता है। इस तकनीक का उपयोग उच्च स्तर की संवेदनशीलता और विशिष्टता के साथ एक नमूने की मौलिक संरचना को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है और वर्तमान वर्णमिति परख और इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल विधियों के नुकसान पर काबू पा सकता है।

इसने कार्डियक सर्कैडियन रिदम के बारे में हमारे सोचने के तरीके को कैसे बदल दिया है?

इस काम ने बुनियादी कोशिका कार्यों और हृदय शरीर क्रिया विज्ञान को विनियमित करने में सेलुलर सर्कैडियन लय के महत्व की पुष्टि की है। Na, K, और Cl बहुतायत में 24 घंटे की लय का हमने वर्णन किया है जिसका एक महत्वपूर्ण शारीरिक निहितार्थ है, क्योंकि यह प्लाज्मा झिल्ली में इन आयनों के विद्युत रासायनिक ढाल को प्रभावित करता है। कार्डियोमायोसाइट्स में, यह ऐक्शन पोटेंशिअल के विध्रुवण चरण को नियंत्रित करता है, जिससे इंट्रासेल्युलर आयन उच्च (रात के अंत में) होने पर फायरिंग दर में वृद्धि होती है और आयन कम होने पर एक्शन पोटेंशिअल फायरिंग दर में कमी (दिन का अंत)।

नकारात्मक कार्डियोवैस्कुलर घटनाएं जैसे स्ट्रोक, मायोकार्डियल इंफार्क्शन, और अचानक कार्डियक मौत सुबह में उच्च घटनाओं के साथ होती है, लेकिन अंतर्निहित कारण अज्ञात होते हैं। हमारा डेटा बताता है कि हमारे द्वारा वर्णित बफरिंग तंत्र की कोई भी हानि सुबह के समय हृदय को तनाव के प्रति अधिक संवेदनशील बना सकती है, जब मांग में बदलाव की आवश्यकता होती है।

आप अपने शोध को कार्डियोवैस्कुलर स्थितियों के लिए भविष्य के उपचार विकल्पों को कैसे प्रभावित करते हुए देख सकते हैं?

भविष्य के उपचारों में हमारे सर्कैडियन लय को बनाए रखने के लिए औषधीय या व्यवहारिक उपचार शामिल हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक स्वस्थ दैनिक दिनचर्या बनाए रखना, जिसमें एक ही नींद का पैटर्न रखना, सोने से पहले तेज रोशनी से बचना और रात के दौरान खाने से परहेज करना शामिल है, हमारे शरीर की घड़ियों को समकालिक रखने में मदद कर सकता है।

हृदय की स्थितिछवि क्रेडिट: BRO.vector/Shutterstock.com

आपके शोध ने यह समझाने में भी मदद की है कि शिफ्ट के कर्मचारी दिल की समस्याओं के प्रति अधिक संवेदनशील क्यों हैं। जो लोग शिफ्ट में काम करते हैं, वे क्या निवारक उपाय कर सकते हैं?

हमारा काम और अन्य सुझाव देते हैं कि शिफ्ट के कर्मचारी मस्तिष्क की घड़ी और हृदय की घड़ियों के बीच बेमेल होने के कारण हृदय की समस्याओं के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाते हैं। मस्तिष्क की घड़ी पर्यावरण के प्रकाश के प्रति बहुत संवेदनशील होती है, और इसलिए प्रकाश के संपर्क में आने से बहुत सावधान रहने की आवश्यकता होती है।

रात की पाली में काम करने वाले कर्मचारी अपनी बॉडी क्लॉक को नए शेड्यूल के साथ सिंक्रोनाइज करने के लिए अलग-अलग रणनीतियां अपना सकते हैं। इनमें से अधिकांश अपने कालक्रम के अनुरूप नियमित नींद और हल्की दिनचर्या अपनाने पर भरोसा करते हैं (यानी, रात के उल्लू अपनी शिफ्ट के बाद सीधे बिस्तर पर जाना पसंद कर सकते हैं)। दिन में सोते समय कम से कम सात घंटे की नींद लेना जरूरी है। नींद की गुणवत्ता पर ध्यान दें (एक आरामदायक बिस्तर का उपयोग करें, एक अंधेरे और शांत कमरे में सोएं), और सोने से पहले कुछ घंटों में शराब और कैफीन का सेवन करने से बचें, जिससे नींद की गुणवत्ता कम हो सकती है।

हृदय स्वास्थ्य और नींद के बीच संबंध पर इस शोध के क्या प्रभाव हैं?

अध्ययनों से पता चलता है कि हृदय गति पर सर्कैडियन और स्लीप-वेक-डिपेंडेंट प्रक्रियाओं के बीच परस्पर क्रिया होती है। दरअसल, कोर्टिसोल और मेलाटोनिन जैसे हार्मोन का समय पर रिलीज होना, मस्तिष्क में केंद्रीय घड़ी द्वारा नियंत्रित और प्रकाश के संपर्क में आने से हमारे नींद/जागने के चक्र को नियंत्रित करता है। एक नियमित नींद कार्यक्रम और एक सही प्रकाश जोखिम पैटर्न को बनाए रखना हमारी घड़ियों को समकालिक रखने के लिए महत्वपूर्ण माना जाता है और यह हृदय स्वास्थ्य के लिए बहुत फायदेमंद है।

सहयोग आपके शोध का एक बड़ा हिस्सा रहा है। सहयोग का यह स्तर कितना महत्वपूर्ण था और क्या आप मानते हैं कि यदि अधिक शोधकर्ताओं ने एक साथ सहयोग किया, तो अधिक वैज्ञानिक खोजें की जा सकती हैं?

हमारे काम को कई अकादमिक सहयोगियों और एस्ट्राजेनेका के साथ लंबे समय से सहयोग द्वारा समर्थित किया गया था और यह अत्यधिक बहु-विषयक था। हमने तकनीकों की एक विस्तृत श्रृंखला का उपयोग किया है, जो हमारे सहयोगियों की अनूठी विशेषज्ञता के कारण ही संभव हो पाया है। सहकर्मियों और सहयोगियों का एक अच्छा नेटवर्क होना आत्मविश्वास के साथ विस्तार करने और प्रयोगों की श्रेणी का समर्थन करने के लिए मौलिक है जो कोई भी कर सकता है।

सर्कैडियन रिदम में आपके और आपके शोध के लिए अगले चरण क्या हैं?

इसके बाद, मैं उप-कोशिकीय संकल्प पर आयन लय की जांच करना चाहता हूं और अध्ययन करना चाहता हूं कि उम्र बढ़ने के दौरान ये लय खराब हैं या नहीं।

पाठकों को अधिक जानकारी कहां मिल सकती है?

डॉ. एलेसेंड्रा स्टैंघेरली के बारे में

मैंने फार्मास्युटिकल बायोटेक्नोलॉजी में मास्टर डिग्री और पीएच.डी. पादोवा विश्वविद्यालय, इटली से सेलुलर जीव विज्ञान में। डॉ एलेसेंड्रा स्टैंगरलिनअपने पीएचडी के दौरान, मैंने सीएमपी और सीजीएमपी सिग्नलिंग के नियमन और कार्डियोमायोसाइट संकुचन में उनकी भूमिका पर ध्यान केंद्रित किया। 2016 में, मैं कैम्ब्रिज, यूके में आणविक जीवविज्ञान (एलएमबी) की प्रयोगशाला में डॉ। जॉन ओ’नील की प्रयोगशाला में एक शोध सहयोगी के रूप में शामिल हुआ, यह अध्ययन करने के लिए कि सेलुलर सर्कैडियन घड़ियां सेलुलर शरीर क्रिया विज्ञान को कैसे नियंत्रित करती हैं। मैं वर्तमान में सीईसीएडी, कोलोन में एक प्रमुख अन्वेषक हूं, जहां मैं उम्र बढ़ने के दौरान आयन होमियोस्टेसिस के नियमन के तंत्र का अध्ययन करूंगा।

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