नवंबर में इंटरनेट पर अपलोड किए गए एक वीडियो में, अर्डेम पटापाउटियन, जिन्होंने 2021 में दवा का नोबेल पुरस्कार साझा किया था, ने अपना कफ खोला और अपनी कोहनी के पास एक टैटू दिखाने के लिए अपनी आस्तीन ऊपर खींची। जैसे ही उसने अपना हाथ मोड़ा, टैटू जीवंत हो उठा। टैटू PIEZO मैकेनोसेंसिव चैनल का था – प्रोटीन का एक वर्ग जो हमें दबाव महसूस करने में मदद करता है – और फ्लेक्सिंग ने दर्शाया कि दबाव के जवाब में चैनल कैसे खुलता और बंद होता है।
कैलिफोर्निया के स्क्रिप्स रिसर्च इंस्टीट्यूट के एक आणविक जीवविज्ञानी और न्यूरोसाइंटिस्ट पटापाउटियन और पटापाउटियन की प्रयोगशाला में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता बेट्रेंड कोस्टे ने 2010 में PIEZO आयन चैनलों की खोज की।
आयन चैनल वे प्रोटीन होते हैं जिनकी संरचना में एक छिद्र होता है। कुछ उत्तेजनाओं के जवाब में, प्रोटीन की संरचना बदल जाती है और छिद्र चौड़ा हो जाता है। जब ऐसा होता है, तो आयन प्रवाहित हो सकते हैं, जिससे कोशिका की झिल्ली में वोल्टेज बदल जाता है। यदि कोशिका एक न्यूरॉन है, तो यह अन्य न्यूरॉन्स के साथ संचार करने के लिए परिणामी विद्युत संकेत का उपयोग कर सकती है। मानव तंत्रिका तंत्र इसी प्रकार काम करता है।
वे उत्तेजनाएँ जो किसी आयन चैनल को खोलती हैं, उसके द्वार कहलाती हैं। जब शोधकर्ता वोल्टेज-गेटेड आयन चैनल कहते हैं, तो उनका मतलब है कि जब कोशिका झिल्ली में वोल्टेज बदलता है तो एक विशेष चैनल खुलता है। चूँकि पटापाउटियन और कोस्टे द्वारा खोजे गए आयन चैनल दबाव द्वारा गेट किए गए थे, इसलिए उन्होंने उन्हें मैकेनोसेंसिव आयन चैनल कहा।
उन्होंने ऐसे दो चैनल खोजे और उन्हें PIEZO1 और PIEZO2 नाम दिया, दोनों ग्रीक शब्द ‘पाइज़ी’ से आए हैं जिसका अर्थ है ‘दबाव’।
उनकी 2010 की खोज के बाद से, PIEZO चैनल फंसाया गया है स्पर्श और दर्द को महसूस करने की हमारी क्षमता में, यह समझने में कि हमारा शरीर अंतरिक्ष में कैसे स्थित है (प्रोप्रियोसेप्शन), हमारे शरीर की आंतरिक स्थिति (इंटरओसेप्शन) को समझने और सांस लेने, पेशाब करने, रक्त वाहिकाओं का निर्माण करने, हड्डियों के घनत्व को नियंत्रित करने और त्वचा के घावों को ठीक करने की क्षमता में। .
दो नए अध्ययन – जिन्हें स्वतंत्र विशेषज्ञों ने “महत्वपूर्ण” और इस रिपोर्टर के लिए “सफलता” कहा है – ने अब PIEZO चैनलों के कार्यों के दायरे का विस्तार किया है।
एक, पटापाउटियन और स्क्रिप्स रिसर्च में उनके सहयोगी, ली ये की प्रयोगशालाओं से एक प्रीप्रिंट, भूमिका प्रदर्शित करता है PIEZO2 वसा ऊतकों में यांत्रिक परिवर्तनों को महसूस करने में कार्य करता है। दूसरा अध्ययन, जर्नल में प्रकाशित विज्ञान और पेरिस में क्यूरी इंस्टीट्यूट से डेनिजेला मैटिक विग्नजेविक और टोरंटो विश्वविद्यालय से ताए-ही किम के नेतृत्व में, महत्व दर्शाता है चूहे की आंतों में स्टेम कोशिकाओं के भाग्य को विनियमित करने में दो PIEZO चैनल।
दस्तावेज़ इस विचार को बल देते हैं कि जैव रासायनिक संकेतों का जैविक प्रक्रियाओं को विनियमित करने पर एकाधिकार नहीं है: उनमें से कई में यांत्रिक उत्तेजनाएं भी शामिल हैं। भारतीय विज्ञान संस्थान (आईआईएससी), बेंगलुरु में मैकेनिकल इंजीनियरिंग की प्रोफेसर नम्रता गुंडैया, जो अध्ययन करती हैं कि यांत्रिक उत्तेजनाएं कोशिकाओं की गति को कैसे प्रभावित करती हैं, ने कहा, निष्कर्ष “भविष्य के शोध के लिए दिलचस्प रास्ते खोलते हैं।”
‘यह वसा में क्या महसूस कर रहा है?’
हमारे शरीर में वसा, या वसा ऊतकों को शरीर के चयापचय को समायोजित करने के लिए मस्तिष्क के साथ संचार करने की आवश्यकता होती है। आमतौर पर, वैज्ञानिक अध्ययन करते हैं कि मस्तिष्क सहानुभूति तंत्रिका तंत्र के माध्यम से वसा ऊतक के साथ कैसे संचार करता है और वसा ऊतक रासायनिक संकेतों को प्रसारित करने के माध्यम से कैसे प्रतिक्रिया करता है।
लेकिन नया पटापाउटियन एट अल। अध्ययन, जो सहकर्मी-समीक्षा की प्रतीक्षा कर रहा है, मस्तिष्क और वसा ऊतक के बीच एक अलग लिंक पर केंद्रित है: संवेदी अभिवाही।
न्यूरॉन्स एक प्रकार की कोशिकाएं हैं जो हमारे तंत्रिका तंत्र का निर्माण करती हैं। प्रत्येक न्यूरॉन के दो मुख्य भाग होते हैं: एक कोशिका शरीर और एक पूंछ जैसा विस्तार जिसे अक्षतंतु कहा जाता है। रीढ़ की हड्डी में कुछ कोशिका समूह होते हैं जिन्हें डोर्सल रूट गैन्ग्लिया (डीआरजी) कहा जाता है। इन समूहों में न्यूरॉन्स के अक्षतंतु को संवेदी अभिवाही कहा जाता है। वे ऊतकों में प्रवेश करते हैं और विभिन्न उत्तेजनाओं को महसूस करते हैं।
शोधकर्ताओं ने चूहों में हैजा टॉक्सिन-बी (सीटीबी) के साथ वसा ऊतकों को इंजेक्ट किया जो अणुओं से बंधे थे जो प्रकाश के संपर्क में आने पर चमक सकते थे। सीटीबी हैजा विष का एक हिस्सा है, जो जीवाणु द्वारा उत्पादित प्रोटीन का एक समूह है विब्रियो हैजा. ये प्रोटीन न्यूरॉन्स की झिल्लियों पर कुछ यौगिकों से बंधते हैं। चूहों के वसा ऊतकों में सीटीबी इंजेक्ट करके, टीम चमक अणुओं का उपयोग करके इन ऊतकों की पहचान कर सकती है और उन्हें अलग कर सकती है।
जब टीम ने इन न्यूरॉन्स में सबसे प्रचुर मात्रा में आयन चैनलों की तलाश की, तो उन्हें एक अप्रत्याशित उम्मीदवार मिला: PIEZO2।
PIEZO2 को एक विशेष मैकेनोसेंसिटिव आयन चैनल के रूप में जाना जाता है: यह केवल दबाव से गेट होता है, अन्य कारकों से नहीं। इस प्रकार यह कहना सुरक्षित है कि ये संवेदी अभिवाही वसा ऊतकों में यांत्रिक परिवर्तनों को महसूस कर रहे हैं।
अशोक विश्वविद्यालय में भौतिकी और जीव विज्ञान के प्रोफेसर गौतम मेनन, जो यह अध्ययन करते हैं कि कोशिकाएँ यांत्रिक बलों को कैसे समझती हैं और उन पर प्रतिक्रिया करती हैं, इसे “एक बड़ी खोज” कहते हैं।
हालाँकि, एक प्रश्न अनुत्तरित है: इन यांत्रिक परिवर्तनों का स्रोत क्या है? जैसा कि पटापाउटियन ने सोशल मीडिया प्लेटफॉर्म ब्लूस्की पर टिप्पणी की, “वसा में क्या महसूस हो रहा है?”
वैज्ञानिकों के पास अभी तक कोई उत्तर नहीं है – लेकिन बाकी अध्ययन एक रास्ता दिखाते हैं। जब टीम ने संवेदी अभिवाही तत्वों में PIEZO2 प्रोटीन के स्तर को कम करने के लिए आनुवंशिक तकनीकों का उपयोग किया, तो उन्होंने पाया कि इन अभिवाही पदार्थों द्वारा संक्रमित वसा ऊतक के कुछ हिस्सों में बड़ी कोशिकाएँ थीं। ये भाग चयापचय प्रक्रियाओं में शामिल जीन को भी अधिक व्यक्त करते हैं जो शरीर को गर्मी पैदा करने और कार्बोहाइड्रेट, प्रोटीन और अल्कोहल को वसा में परिवर्तित करने में मदद करते हैं। पहले बताया गया है कि ये परिवर्तन चूहों में डीआरजी – जहां संवेदी अभिवाही जड़ें हैं – को हटाने के परिणामस्वरूप हुए हैं।
शोधकर्ताओं ने यह भी दिखाया कि यदि जिन चूहों से डीआरजी हटा दिए गए हैं, उनमें PIEZO2 का स्तर कृत्रिम रूप से बढ़ाया जाता है, तो ऐसे निष्कासन के परिवर्तनों को उलटा किया जा सकता है।
कुल मिलाकर, प्रयोगों से पता चलता है कि वसा ऊतक में विभिन्न चयापचय प्रक्रियाएं ऊतक में यांत्रिक परिवर्तन का कारण बनती हैं। संवेदी अभिवाही इन यांत्रिक परिवर्तनों को PIEZO चैनलों के माध्यम से महसूस करते हैं और उन्हें मस्तिष्क तक संचारित करते हैं।
एक आंत अनुभूति
1745 में, जर्मन चिकित्सक जोहान नाथनेल लिबरकुह्न ने छोटी आंत में उंगली जैसी उभारों के बीच पाई जाने वाली विली नामक ग्रंथियों का विस्तार से वर्णन किया। इन ग्रंथियों में आंत्र स्टेम कोशिकाएं (आईएससी) होती हैं जो आंत्र पथ के लिए आवश्यक अन्य प्रकार की कोशिकाओं में विकसित होने की क्षमता रखती हैं। विकास प्रक्रिया को सख्ती से नियंत्रित किया जाता है और आंत की परत को पुनर्जीवित करने और बनाए रखने के लिए यह महत्वपूर्ण है।
इन ग्रंथियों की कोशिकाएं प्रोटीन और अन्य अणुओं के नेटवर्क पर एक विशेष पैटर्न में व्यवस्थित होती हैं जिन्हें बाह्य मैट्रिक्स कहा जाता है। मैट्रिक्स ग्रंथि के ऊतकों को कठोर रखने में मदद करता है, जो यह कहने का एक और तरीका है कि ग्रंथियां यांत्रिक उत्तेजनाओं को महसूस करने और प्रतिक्रिया करने में संभावित रूप से सक्षम हैं। आईएससी ग्रंथि में अन्य कोशिकाओं पर भी बल लगाती हैं क्योंकि वे अन्य प्रकार की कोशिकाओं में बदल जाती हैं।
यह समझने के लिए कि ये यांत्रिक बल आईएससी को कैसे प्रभावित करते हैं, विग्नजेविक और ताए-ही किम की प्रयोगशालाओं में शोधकर्ताओं ने पेट्री डिश पर 3डी लघु आंतें बनाईं, जिन्हें ऑर्गेनोइड कहा जाता है। ये मिनी-आंत जानवरों में आंतों की संरचना और कार्य को दोहराते हैं, यद्यपि सरल तरीके से। इसके बाद शोधकर्ताओं ने मिनी-आंत में PIEZO चैनलों को बाधित करने के लिए रसायनों का उपयोग किया, जिससे ऑर्गेनॉइड का आकार, प्रत्येक ऑर्गेनॉइड में ग्रंथियों की संख्या और ISCs की संख्या कम हो गई।
किम ने कहा, जब उन्होंने जीवित चूहों की आंत में पाइज़ो चैनल हटा दिए, तो जानवर दस्त से पीड़ित हो गए, उनके मल में खून दिखाई दिया, शरीर का वजन कम हो गया और “जल्दी ही मर गए”। टीम ने निष्कर्ष निकाला कि “पर्याप्त आंतों की वास्तुकला और होमियोस्टैसिस” को बनाए रखने के लिए “आंतों के उपकला में PIEZO चैनल आवश्यक हैं”।
जिन चूहों की आंत में PIEZO चैनलों की कमी थी, उनमें ISCs ने अधिक ISCs को पुन: उत्पन्न करने और अन्य प्रकार की कोशिकाओं में बदलने की क्षमता भी खो दी। इसके बजाय, वे ऐसी कोशिकाएँ बन गईं जो तेजी से विभाजित हुईं और ख़त्म हो गईं।
बाद के प्रयोगों में, शोधकर्ताओं ने आईएससी पर यांत्रिक बलों का मॉडल तैयार किया। एक दृष्टिकोण में, उन्होंने मॉडल किया कि बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स की कठोरता कैसे बदल गई; दूसरे में, उन्होंने ऊतक में तनाव (किसी वस्तु को खींचने पर उस पर लगने वाला बल) का अध्ययन किया। पहले दृष्टिकोण में, वैज्ञानिकों ने कृत्रिम सबस्ट्रेट्स पर मिनी-गट्स – इस बार 2डी – विकसित किए, जिनकी कठोरता को वे नियंत्रित कर सकते थे। फिर उन्होंने ऑर्गेनोइड की कोशिकाओं में कैल्शियम की मात्रा को मापकर PIEZO चैनलों की सक्रियता को निर्धारित किया। जब PIEZO चैनल खुलते हैं, तो वे कैल्शियम आयनों को कोशिकाओं में प्रवेश करने की अनुमति देते हैं।
अपने पेपर में, टीम ने बताया कि PIEZO चैनल सख्त सब्सट्रेट्स पर “सक्रियण के प्रति अधिक प्रवण” थे। परमाणु बल माइक्रोस्कोपी का उपयोग करते हुए, उन्होंने पाया कि ग्रंथि का वह क्षेत्र जहां आईएससी रहते थे वह अन्य जगहों की तुलना में अधिक सख्त था। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि PIEZO चैनल ISCs के लिए कठोरता को समझने और प्रतिक्रिया देने के लिए महत्वपूर्ण थे।
दूसरे दृष्टिकोण में, शोधकर्ताओं ने मिनी-आंत को फैलाने के लिए एक “सेल-स्ट्रेचिंग डिवाइस” का निर्माण किया। साथ ही उन्होंने रसायनों का उपयोग करके PIEZO गतिविधि को रोक दिया और पाया कि ISCs की संख्या में गिरावट आई है।
कुल मिलाकर, शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि PIEZO चैनल ISCs को उनके परिवेश में यांत्रिक परिवर्तनों को समझने में मदद करते हैं, जो बदले में उनके व्यवहार को नियंत्रित करते हैं।
किम ने कहा, “पेट की कई बीमारियों जैसे सूजन आंत्र रोग और कैंसर में स्टेम सेल गतिविधि अनियंत्रित होती है। इस प्रकार, PIEZO चैनलों की यंत्रवत भूमिकाओं की बेहतर समझ से उनके खिलाफ नवीन उपचारों की पहचान करने में मदद मिलेगी।
जीव विज्ञान की भौतिकी
गौतम मेनन के लिए, विज्ञान अध्ययन “इस दृष्टिकोण को जोड़ता है कि यांत्रिक संकेत, विशुद्ध रूप से जैव रासायनिक संकेतों के विपरीत, स्टेम सेल भाग्य तय करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।”
उन्होंने कहा, दो दशक पहले, प्रचलित दृष्टिकोण यह था कि स्टेम कोशिकाएं किस प्रकार की कोशिकाओं में बदल जाती हैं, यह केवल छोटे अणुओं के रूप में जैव रासायनिक संकेतों द्वारा निर्धारित किया जाता है। उन्होंने कहा, तब से, वैज्ञानिकों को अधिक से अधिक सबूत मिले हैं कि “कोशिकाओं का यांत्रिक वातावरण और उन पर कार्य करने वाली शक्तियां” उनके भाग्य का फैसला करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।
जैसे-जैसे दृष्टिकोण बदल गया है, शोधकर्ताओं ने नए – और मेनन के अनुसार “कठिन” – सवालों का सामना किया है। इनमें “सेलुलर संदर्भ में बलों को मापना शामिल है जो यथार्थवादी है, और यह पता लगाना कि ये बल कैसे संकेत उत्पन्न करते हैं जिनकी कोशिकाएं व्याख्या कर सकती हैं।”
दो नए अध्ययनों से पता चलता है कि PIEZO मैकेनोसेंसिव आयन चैनल बाद वाले का उत्तर हो सकते हैं: ये चैनल यांत्रिक बलों को महसूस करते हैं और प्रतिक्रिया में खुलते हैं, जिससे कैल्शियम आयन कोशिकाओं में प्रवाहित हो सकते हैं। फिर ये आयन कोशिकाओं के भीतर परिवर्तनों की एक श्रृंखला को ट्रिगर कर सकते हैं जो उनके भाग्य का निर्धारण करते हैं।
किम को उम्मीद है कि टीम का अध्ययन अन्य शोधकर्ताओं को अन्य ऊतकों की स्टेम कोशिकाओं में PIEZO चैनलों की भूमिका की जांच करने के लिए प्रेरित करेगा, खासकर जब ऊतक रोग हो। उन्होंने कहा, “यह अधिक प्रभावी और लक्षित उपचारों के विकास के लिए महत्वपूर्ण होगा।”
सायंतन दत्ता एक विज्ञान पत्रकार और क्रिया विश्वविद्यालय में संकाय सदस्य हैं।
प्रकाशित – 22 जनवरी, 2025 05:30 पूर्वाह्न IST
