ब्रेन फंक्शन कैसे डीएनए को बदल सकता है

1. एपिजेनेटिक बदलाव

एपिजेनेटिक बदलाव डीएनए मॉलिक्यूल में परिवर्तन हैं जो अंतर्निहित जेनेटिक कोड को नहीं बदलते हैं। लेकिन ये बदलाव जीन एक्सप्रेशन को प्रभावित कर सकते हैं। ब्रेन फंक्शन विभिन्न तरीकों से एपिजेनेटिक बदलावों को प्रभावित कर सकता है, जिसमें तनाव, पर्यावरणीय कारक और अनुभव शामिल हैं। उदाहरण के लिए, अध्ययनों से पता चला है कि प्रारंभिक जीवन में तनाव एपिजेनेटिक बदलावों को जन्म दे सकता है जो तनाव और भावना विनियमन से संबंधित जीन की अभिव्यक्ति को बदल देता है।

DNA methyltransferases (DNMTs) के रूप में जाने जाने वाले कुछ एन्ज़इम्स की क्रिया के माध्यम से मस्तिष्क का कार्य डीएनए बदलाव को प्रभावित कर सकता है। ये एन्ज़इम्स डीएनए मॉलिक्यूल पर विशिष्ट साइटों पर मिथाइल ग्रुप नामक एक केमिकल ग्रुप जोड़ते हैं, जो जीन अभिव्यक्ति को प्रभावित कर सकता है।

अध्ययनों से पता चला है कि DNMT एक्टिविटी, स्ट्रेस, लर्निंग और मेमोरी, और दवाओं या अन्य पर्यावरणीय उत्तेजनाओं सहित मस्तिष्क के कार्य से संबंधित विभिन्न कारकों से प्रभावित हो सकती है। उदाहरण के लिए, मस्तिष्क के कुछ क्षेत्रों में DNMT एक्टिविटी को बढ़ाने के लिए स्ट्रेस ज़िम्मेदार है, जिससे जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन होता है जो एंग्जायटी या डिप्रेशन में योगदान कर सकता है।

DNMTs के अलावा, अन्य एपिजेनेटिक प्रभाव भी मस्तिष्क के कार्य द्वारा डीएनए बदलाव में भूमिका निभा सकते हैं। इनमें हिस्टोन बदलाव शामिल है, जिसमें सेल्स में डीएनए पैकेज करने वाले प्रोटीन में परिवर्तन शामिल हैं, और नोन-कोडिंग RNA मॉलिक्यूल, जो डीएनए या अन्य RNA मोलेक्युल्स के साथ मिलके जीन अभिव्यक्ति को नियंत्रित कर सकते हैं।

2. न्यूरोनल एक्टिविटी

न्यूरोनल एक्टिविटी डीएनए को भी प्रभावित कर सकती है। उदाहरण के लिए, अध्ययनों से पता चला है कि न्यूरोनल एक्टिविटी क्रोमैटिन स्ट्रक्चर में परिवर्तन ला सकती है, जो जीन एक्सप्रेशन और फंक्शन को प्रभावित कर सकती है। इसके अलावा, हाल के शोध ने सुझाव दिया है कि न्यूरॉन्स जेनेटिक मटेरियल, जैसे कि microRNAs, मस्तिष्क में अन्य सेल्स को भी ट्रांसफर कर सकते हैं, जो उन सेल्स में जीन एक्सप्रेशन और फंक्शन को प्रभावित कर सकते हैं।

अध्ययनों से पता चला है कि न्यूरोनल एक्टिविटी histone acetyltransferases (HATs) नामक एन्ज़इम्स की गतिविधि को उत्तेजित कर सकती है। ये डीएनए से जुड़े हिस्टोन प्रोटीन में एसिटाइल ग्रुप्स जोड़ते हैं। इस मॉडिफिकेशन से जीन की अभिव्यक्ति में वृद्धि हो सकती है। इसके विपरीत, अन्य एन्ज़इम्स जैसे histone deacetylases (HDACs) एसिटाइल ग्रुप्स को हिस्टोन से हटा सकते हैं। इससे जीन की अभिव्यक्ति में कमी आती है। अध्ययनों से पता चला है कि HDAC एक्टिविटी को dopamine और serotonin जैसे न्यूरोट्रांसमीटर द्वारा बाधित किया जा सकता है।

हिस्टोन मॉडिफिकेशन्स के अलावा, न्यूरोनल एक्टिविटी भी डीएनए मिथाइलेशन को प्रभावित कर सकती है। इस प्रक्रिया में डीएनए में मिथाइल ग्रुप्स जोड़े जाते हैं, जो जीन एक्सप्रेशन को दबा सकते हैं। अध्ययनों से पता चला है कि न्यूरोनल एक्टिविटी DNA methyltransferases (DNMTs) की एक्टिविटी को प्रभावित कर सकती है, जो डीएनए मिथाइलेशन को उत्प्रेरित करती है।

3. न्यूरोनल प्लास्टिसिटी

न्यूरॉनल प्लास्टिसिटी मस्तिष्क की अनुभवों और पर्यावरणीय कारकों के जवाब में परिवर्तन की क्षमता है। इस प्रक्रिया में जीन एक्सप्रेशन और फंक्शन में परिवर्तन शामिल हैं, जो डीएनए मॉडिफिकेशन्स से प्रभावित हो सकते हैं।

अध्ययनों से पता चला है कि न्यूरोनल एक्टिविटी ट्रांसक्रिप्शन कारक CREB (cAMP response element-binding protein) को सक्रिय कर सकती है, जो लॉन्ग-टर्म मेमोरी फार्मेशन के लिए महत्वपूर्ण जीन एक्सप्रेशन में बदलाव ला सकती है। CREB cAMP रिस्पांस एलिमेंट्स (CREs) के रूप में जाने वाले विशिष्ट डीएनए सीक्वेंसेस से जुड़ सकता है और सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी और मेमोरी कंसोलिडेशन में शामिल जीनों की अभिव्यक्ति को नियंत्रित कर सकता है।

CREB के अलावा, अन्य transcription factors जैसे BDNF (brain-derived neurotrophic factor) और NF-kB (परमाणु कारक कप्पा बी) को भी न्यूरोनल प्लास्टिसिटी को प्रभावित करने के लिए दिखाया गया है और जीन एक्सप्रेशन में परिवर्तन को प्रेरित कर सकता है जो डीएनए स्ट्रक्चर को बदल सकता है।

हिस्टोन मॉडिफिकेशन्स और डीएनए मिथाइलेशन जैसे एपिजेनेटिक मॉडिफिकेशन्स भी न्यूरोनल प्लास्टिसिटी से प्रभावित हो सकते हैं, जिससे जीन एक्सप्रेशन में परिवर्तन हो सकता है जो मस्तिष्क के कार्य और व्यवहार को बदल सकता है। उदाहरण के लिए, अध्ययनों से पता चला है कि न्यूरोनल एक्टिविटी के जवाब में हिस्टोन एसिटिलेशन और मिथाइलेशन में परिवर्तन हो सकता है। यह जीन एक्सप्रेशन में परिवर्तन करते हैं जो सिनैप्टिक प्लास्टिसिटी और मेमोरी फॉर्मेशन के लिए महत्वपूर्ण हैं।

4. न्यूरल स्टेम सेल

न्यूरल स्टेम सेल्स मस्तिष्क में नए न्यूरॉन्स उत्पन्न करने के लिए जिम्मेदार होती हैं, और डीएनए मॉडिफिकेशन्स से प्रभावित हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, अध्ययनों से पता चला है कि डीएनए मिथाइलेशन विभिन्न प्रकार के न्यूरॉन्स में न्यूरल स्टेम सेल्स के डिफ्रेंटिएशन को नियंत्रित कर सकता है। न्यूरल स्टेम सेल (NSCs) एक प्रकार के स्टेम सेल हैं जो विभिन्न प्रकार की न्यूरल सेल्स में अंतर कर सकती हैं, जिनमें न्यूरॉन्स और ग्लिअल सेल शामिल हैं। इन सेल्स में एपिजेनेटिक रेगुलेशन नामक प्रक्रिया के माध्यम से डीएनए को बदलने की क्षमता होती है।

मिथाइल डोनर्स

S-adenosylmethionine (SAM) जैसे मिथाइल डोनर डीएनए मिथाइलेशन की प्रक्रिया में शामिल होते हैं, जो डीएनए के साइटोसिन बेस में मिथाइल ग्रुप को जोड़ता है। यह मॉडिफिकेशन जीन एक्सप्रेशन को बदल सकता है।

हिस्टोन मॉडिफिकेशन एन्ज़इम्स

एन्ज़इम्स जो हिस्टोन प्रोटीन को संशोधित करते हैं, जो सेल्स में डीएनए से जुड़े होते हैं, डीएनए मॉडिफिकेशन में भी शामिल होते हैं। उदाहरण के लिए, histone acetyltransferases (HATs) एसिटाइल ग्रुप्स को हिस्टोन में जोड़ते हैं, जिससे जीन एक्सप्रेशन में परिवर्तन हो सकता है, जबकि histone deacetylases (HDACs) एसिटाइल ग्रुप्स को हटाते हैं, जिससे जीन दमन में परिवर्तन होता है।

स्माल नॉन-कोडिंग RNAs

microRNAs (miRNAs) और small interfering RNAs (siRNAs) जैसे स्माल नॉन-कोडिंग RNAs मैसेंजर आरएनए (mRNA) के साथ अपनी बातचीत के माध्यम से जीन एक्सप्रेशन के नियमन में शामिल हैं। इन इंटरैक्शन से mRNA डिग्रडेशन या ट्रांसलेशनल अवरोध हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप जीन एक्सप्रेशन में परिवर्तन हो सकता है।

पर्यावरण टॉक्सिन्स

विभिन्न पर्यावरणीय टॉक्सिन्स भी डीएनए स्ट्रक्चर और कार्य को संशोधित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, तम्बाकू के धुएँ के संपर्क में आने से डीएनए की क्षति हो सकती है जो जीन एक्सप्रेशन को बदल सकता है और कैंसर के विकास में योगदान कर सकता है।

एपिजेनेटिक दवाएं

कई दवाएं विकसित की गई हैं जो एपिजेनेटिक कार्यों को लक्षित करती हैं और डीएनए स्ट्रक्चर और कार्य को संशोधित कर सकती हैं। इनमें डीएनए मिथाइलेशन इनहिबिटर जैसे 5-azacytidine और हिस्टोन डीएसेटाइलेज़ इनहिबिटर जैसे वोरिनोस्टैट शामिल हैं।