வயதாகும்போது, செல்கள் ஒருமித்துப் பதிலளிப்பதை நிறுத்துகின்றன

மூப்பின் உயிரியலில் முன்னணியில் உள்ள ஒரு கருத்து இது: தற்செயலான மூலக்கூறு சேதம் — நம் செல்களின் DNA-வில் ஏற்படும் பிறழ்வுகளும், தடம் மாறிய வேதியியல் குறிகளும் — வாழ்நாள் முழுவதும் குவிந்து, மரபணுக்கள் இயக்கப்படும், அணைக்கப்படும் முறையை மெல்லக் குலைக்கிறது. உயிரியலாளர்கள் இதை படியெடுப்பு ஒழுங்கின்மை (transcriptional deregulation) என்கிறார்கள். புதிர் என்னவென்றால், இந்தச் சேதம் தற்செயலானது: ஒவ்வொரு செல்லும் தனக்கே உரிய, வேறுபட்ட ஓர் அமைப்பைக் குவிக்கிறது. இப்படிச் சிதறிய சேதம், மூப்பின் நன்கறிந்த சரிவாக எப்படி ஒன்று சேர்கிறது?

சரியான சமிக்ஞையைத் தேடி

மரபணுக்கள் பிற மரபணுக்களின் வலையமைப்புகளால் கட்டுப்படுத்தப்படுகின்றன; அவை அவற்றின் செயல்பாட்டை ஒருங்கிணைத்து, இடையூறுகளைத் தாங்கிக்கொள்கின்றன. மூப்பு இந்த வலையமைப்புகளை அரித்தால், ஓரிடத்தில் தொடங்கும் சேதம் பரவக்கூடும். ஆனால் அந்த அரிப்பை அளப்பது கடினம். தனித்தனி மரபணுக்கள் ஒரு செல்லிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு எவ்வளவு மாறுகின்றன என்று பார்ப்பது கலவையான முடிவுகளைத் தருகிறது: ஒரு முறையான ஒப்பீடு, இந்த “படியெடுப்பு இரைச்சல்” (transcriptional noise) வயதுடன் சீராக அதிகரிப்பதில்லை என்றே கண்டறிந்தது. மரபணுக்களுக்கு இடையிலான ஒருங்கிணைப்பு மொத்தத்தில் வயதுடன் குறைகிறது என்று இதே குழு முன்பு காட்டியிருந்தது; ஆனால் அந்த ஒட்டுமொத்த அளவீட்டால் எந்த மரபணுக்கள் அல்லது எந்த செல்கள் விலகுகின்றன என்று சொல்ல முடியவில்லை.

இஸ்ரேலின் பார்-இலான் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த Yongjian He, Orr Levy, Julia Hanna Haddad Guez ஆகியோர், Brigham and Women’s மருத்துவமனை மற்றும் Harvard மருத்துவப் பள்ளியைச் சேர்ந்த Xu-Wen Wang உடன் சேர்ந்து, வேறொரு கேள்வியைக் கேட்டனர். முதிய செல்களின் ஒழுங்குபடுத்தும் வலையமைப்புகள் ஒன்றுக்கொன்று மேலும் மேலும் வேறுபட்டால், ஒரே மரபணுவை அணைப்பது ஒரு செல்லிலிருந்து மற்றொன்றுக்கு மேலும் மேலும் வேறுபட்ட விளைவுகளைத் தர வேண்டும். பல மரபணுக்கள், ஆயிரக்கணக்கான இளம் மற்றும் முதிய செல்கள் மீது இதை உண்மையாகப் பெரிய அளவில் செய்வது சாத்தியமில்லை.

கணினியில் ஒரு மரபணு நீக்கம்

எனவே அவர்கள் தாங்கள் உருவாக்கிய ஒரு ஆழ்கற்றல் (deep learning) கருவியான DKO-வைப் பயன்படுத்தினர். ஒரு குறிப்பிட்ட செல் வகைக்கு, ஒரு நரம்பியல் வலையமைப்பு சாதாரண ஒற்றை-செல் தரவுகளிலிருந்து, ஒரு செல் வெளிப்படுத்தும் மரபணுக்களின் தொகுப்பு அதன் முழுச் செயல்பாட்டுச் சுயவிவரத்துடன் எப்படித் தொடர்புடையது என்று கற்கிறது. பயிற்சி பெற்றதும், அது ஒரு செல்லிலிருந்து ஒரு மரபணுவை நீக்கி, புதிய சுயவிவரத்தைக் கணிக்க முடியும். முன்னும் பின்னும் உள்ள வேறுபாடு, அந்த மரபணுவுக்கு அந்த செல்லில் உள்ள தாக்கத்தை அளக்கிறது. பல செல்களில் இதை மீண்டும் செய்தால், தாக்கம் எவ்வளவு சீரானது என்று தெரிகிறது.

முதலில், ஒரு சரிபார்ப்பு: வேண்டுமென்றே தற்செயலாகச் சேதப்படுத்தப்பட்ட, உருவகப்படுத்தப்பட்ட மரபணு வலையமைப்புகள் மீது. சேதம் அதிகரிக்க அதிகரிக்க, துல்லியமான மரபணு நீக்கங்களின் உண்மையான விளைவுகள் செல்களுக்கிடையே அதிகம் மாறுபட்டன — சேதமில்லாதது போலத் தோன்றும் தரவை மட்டுமே பார்த்த DKO-வும் அதே அதிகரிப்பைக் கணித்தது.

முதிய செல்கள் ஒன்றைவிட்டு ஒன்று விலகுகின்றன

அடுத்து உண்மையான தரவு: மனிதச் சூலகங்கள் (23–29 வயதுப் பெண்கள், 49–54 வயதுப் பெண்களுடன் ஒப்பிட்டு), மனித எலும்புத் தசை (15–20, 70–75 வயதுடன் ஒப்பிட்டு), எலியின் எலும்பு மஜ்ஜை மற்றும் இதயம் (3, 24 மாதங்களுடன் ஒப்பிட்டு), C. elegans புழுக்கள் (3-ஆம் நாள், 11-ஆம் நாளுடன் ஒப்பிட்டு), பழ ஈயின் மூளை (0-ஆம் நாள், 30-ஆம் நாளுடன் ஒப்பிட்டு).

திசுக்கள் மற்றும் செல் வகைகளின் 45 ஒப்பீடுகளில் 41-இல், ஒரே மரபணுவை நீக்குவதன் விளைவு முதிய செல்களிடையே அதிகம் மாறுபட்டது; 40-இல் இது புள்ளியியல் ரீதியாகக் குறிப்பிடத்தக்கது. நான்கில் அது குறைவாக மாறுபட்டது. இந்தத் திசை எல்லா இடத்திலும் ஒன்றல்ல என்று ஆசிரியர்கள் குறிப்பிடுகிறார்கள்; ஆனால் மேலோங்கிய அமைப்பு தெளிவாக இருந்தது. வலையமைப்பு இளம் செல்களில் மட்டும், அல்லது முதிய செல்களில் மட்டும் பயிற்றுவிக்கப்பட்டபோதும் இது நிலைத்தது.

மூப்பின் இரண்டு அடையாளங்களும் இதே திசையில் சென்றன. ஐந்து பேரின் கணைய செல்களில், வயதுடன் தொடர்புடைய ஒரு பிறழ்வு அடையாளத்தை மிக அதிகம் கொண்ட செல்கள், ஐவரில் நால்வரிடம், மிக அதிகம் விலகிய பதில்களைக் காட்டின; ஐந்தாமவரிடம், பிறழ்வு அளவுகள் வேறுபடுத்திச் சொல்ல முடியாத அளவு சீராக இருந்தன. முதிய எலிகளின் இதய செல்களிலிருந்தும் இதுபோன்ற முடிவுகள் வந்தன. செல் மூப்பு (cellular senescence) — பெருகுவதை நிறுத்திவிட்ட செல்கள் அடையும் நிலை — பற்றிய இரண்டு மாதிரிகளில், செல்கள் பெருகும் நிலையிலிருந்து மூப்பு நிலைக்கு நகர நகர பதில்கள் அதிகம் சிதறின; ஒரே குழுவுக்குள், மிக அதிகம் மூப்படைந்த செல்களே மிக அதிகமாக விலகின.

சிதையும் ஒரு விதிப்புத்தகம்

ஆசிரியர்கள் இதை, ஒற்றை மரபணு, ஒற்றை செல் அளவில், மனிதர்களும் புழுக்களும் போன்ற தொலைதூர இனங்களுக்குப் பொதுவான, படிப்படியான ஒழுங்குபடுத்தல் உறுதியின் இழப்பு (loss of regulatory robustness) என்று புரிந்துகொள்கிறார்கள். அவர்கள் முன்வைக்கும் சித்திரம்: பிறழ்வுகள் குவிந்து செல்களை ஒன்றைவிட்டு ஒன்று தள்ளுகின்றன; செல் மூப்பு அந்த இழந்த நிலைப்புத்தன்மையின் ஒரு விளைவாக இருக்கலாம்.

இது எது அல்ல என்பதில் அவர்கள் கவனமாக இருக்கிறார்கள். மரபணு நீக்கங்கள் மாதிரியின் கணிப்புகள், அந்த செல்களில் செய்த அளவீடுகள் அல்ல. பிறழ்வுகள், செல் மூப்புடனான இணைப்புகள் தொடர்புகள் மட்டுமே; எது எதற்குக் காரணம் என்று அவை நிரூபிக்கவில்லை. தற்செயலான சேதமே இந்த விலகலை உண்மையில் இயக்கினால், மூப்பின் ஒரே ஒரு பொறிமுறையைக் குறிவைக்கும் சிகிச்சைகள் போதாமல் போகலாம் என்றும், மரபணுக் கட்டுப்பாட்டின் உறுதியையே பாதுகாப்பது முக்கியமாகலாம் என்றும் அவர்கள் கூறுகிறார்கள். அடுத்த படி ஆய்வகத்துக்கு உரியது: முதிய செல்கள் உண்மையிலேயே சுருதி பிசகிப் பதிலளிக்கின்றனவா என்று மரபணு மரபணுவாகச் சோதிப்பது.