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सेलुलर वातावरण आणविक वास्तुकला को आकार देते हैं

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प्रसंग मायने रखता है। यह जीवन के कई पहलुओं के लिए सच है, जिसमें छोटी आणविक मशीनें भी शामिल हैं जो हमारी कोशिकाओं के अंदर महत्वपूर्ण कार्य करती हैं।

वैज्ञानिक अक्सर सेलुलर घटकों, जैसे प्रोटीन या ऑर्गेनेल को शुद्ध करते हैं, ताकि उनकी व्यक्तिगत रूप से जांच की जा सके। तथापि, एक नए अध्ययन पत्रिका में आज प्रकाशित प्रकृति सुझाव देता है कि यह अभ्यास विचाराधीन घटकों को काफी हद तक बदल सकता है।

शोधकर्ताओं ने एक बड़े, डोनट के आकार की संरचना का अध्ययन करने के लिए एक विधि तैयार की जिसे सीधे कोशिकाओं के अंदर परमाणु छिद्र परिसर (एनपीसी) कहा जाता है। उनके परिणामों से पता चला कि उनके मूल वातावरण में जटिल अणुओं का विश्लेषण करने के महत्व पर बल देते हुए, छिद्र में पहले के विचार से बड़े आयाम थे।

"हमने दिखाया है कि सेलुलर वातावरण का एनपीसी जैसी बड़ी संरचनाओं पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, जो कि कुछ ऐसा था जिसकी हम उम्मीद नहीं कर रहे थे," एमआईटी में बायोलॉजी के बोरिस मेगासानिक प्रोफेसर और अध्ययन के सह- थॉमस श्वार्ट्ज कहते हैं। वरिष्ठ लेखक। "वैज्ञानिकों ने आम तौर पर सोचा है कि बड़े अणु एक कोशिका के अंदर और बाहर अपने मौलिक गुणों को बनाए रखने के लिए पर्याप्त स्थिर होते हैं, लेकिन हमारे निष्कर्ष उस धारणा को उसके सिर पर बदल देते हैं।"

मनुष्यों और जानवरों जैसे यूकेरियोट्स में, कोशिका के अधिकांश डीएनए को एक गोलाकार संरचना में संग्रहित किया जाता है जिसे नाभिक कहा जाता है। यह ऑर्गेनेल परमाणु लिफाफा द्वारा परिरक्षित है, एक सुरक्षात्मक बाधा जो नाभिक में आनुवंशिक सामग्री को शेष कोशिका को भरने वाले मोटे तरल पदार्थ से अलग करती है। लेकिन जीन अभिव्यक्ति सहित महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं को सुविधाजनक बनाने के लिए अणुओं को अभी भी नाभिक के अंदर और बाहर आने के लिए एक रास्ता चाहिए। यहीं से एनपीसी आता है। इनमें से सैकड़ों - कभी-कभी हजारों - परमाणु लिफाफे में एम्बेडेड होते हैं, गेटवे बनाते हैं जो कुछ अणुओं को पारित करने की अनुमति देते हैं।

अध्ययन के पहले लेखक, पूर्व एमआईटी पोस्टडॉक एंथनी शुलर, एनपीसी की तुलना एक स्पोर्ट्स स्टेडियम में गेट्स से करते हैं। "यदि आप खेल को अंदर तक पहुँचाना चाहते हैं, तो आपको अपना टिकट दिखाना होगा और इनमें से किसी एक द्वार से गुजरना होगा," वे बताते हैं।

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न्यूक्लियर पोयर कॉम्प्लेक्स पर एक नजदीकी नजर

सीआर = साइटोप्लाज्मिक रिंग
आईआर = आंतरिक रिंग
एनआर = न्यूक्लियोप्लाज्मिक रिंग

एनपीसी मानव मानकों से छोटा हो सकता है, लेकिन यह सेल में सबसे बड़ी संरचनाओं में से एक है। इसमें लगभग 500 प्रोटीन शामिल हैं, जिसने इसकी संरचना को पार्स करने के लिए चुनौतीपूर्ण बना दिया है। परंपरागत रूप से, वैज्ञानिकों ने एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी नामक एक विधि का उपयोग करके इसका अध्ययन करने के लिए इसे अलग-अलग घटकों में तोड़ दिया है। श्वार्ट्ज के अनुसार, अधिक प्राकृतिक वातावरण में एनपीसी का विश्लेषण करने के लिए आवश्यक तकनीक हाल ही में उपलब्ध हुई है।

ज्यूरिख विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के साथ, शुलर और श्वार्ट्ज ने रोमकूप की संरचना को हल करने के लिए दो अत्याधुनिक तरीकों का इस्तेमाल किया: क्रायो-केंद्रित आयन बीम (क्रायो-एफआईबी) मिलिंग और क्रायो-इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी (क्रायो-ईटी)।

एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के तहत देखने के लिए एक पूरी सेल बहुत मोटी है। लेकिन शोधकर्ताओं ने एमआईटी.नैनो के सेंटर फॉर ऑटोमेटेड क्रायोजेनिक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी और कोच इंस्टीट्यूट फॉर इंटीग्रेटिव कैंसर रिसर्च के पीटरसन (1957) नैनोटेक्नोलॉजी मैटेरियल्स कोर फैसिलिटी में रखे क्रायो-एफआईबी उपकरण का उपयोग करके जमे हुए कोलन कोशिकाओं को पतली परतों में काट दिया। ऐसा करने में, टीम ने एनपीसी को शामिल करने वाले कक्षों के क्रॉस-सेक्शन पर कब्जा कर लिया, बजाय केवल एनपीसी को अलगाव में देखने के।

"इस दृष्टिकोण के बारे में आश्चर्यजनक बात यह है कि हमने मुश्किल से सेल में हेरफेर किया है," श्वार्ट्ज कहते हैं। "हमने सेल की आंतरिक संरचना को खराब नहीं किया है। यही क्रांति है।"

जब उन्होंने अपनी माइक्रोस्कोपी छवियों को देखा तो शोधकर्ताओं ने जो देखा वह एनपीसी के मौजूदा विवरणों से काफी अलग था। उन्हें यह जानकर आश्चर्य हुआ कि सबसे भीतरी वलय संरचना, जो रोमछिद्रों के केंद्रीय चैनल का निर्माण करती है, पहले के विचार से कहीं अधिक व्यापक है। जब इसे अपने प्राकृतिक वातावरण में छोड़ दिया जाता है, तो छिद्र 57 नैनोमीटर तक खुल जाता है - जिसके परिणामस्वरूप पिछले अनुमानों की तुलना में मात्रा में 75 प्रतिशत की वृद्धि होती है। टीम इस बात पर भी करीब से नज़र डालने में सक्षम थी कि कैसे एनपीसी के विभिन्न घटक एक साथ काम करते हैं ताकि रोम के आयामों और समग्र वास्तुकला को परिभाषित किया जा सके।

"हमने दिखाया है कि सेलुलर वातावरण एनपीसी संरचना को प्रभावित करता है, लेकिन अब हमें यह पता लगाना होगा कि कैसे और क्यों," शूलर कहते हैं। उन्होंने कहा कि सभी प्रोटीनों को शुद्ध नहीं किया जा सकता है, इसलिए क्रायो-ईटी और क्रायो-एफआईबी का संयोजन कई अन्य सेलुलर घटकों की जांच के लिए भी उपयोगी होगा। "यह दोहरा दृष्टिकोण सब कुछ अनलॉक करता है।"

जर्मनी में आरडब्ल्यूटीएच आचेन विश्वविद्यालय में जैव रसायन के प्रोफेसर वोल्फ्राम एंटोनिन कहते हैं, "कागज अच्छी तरह से दिखाता है कि कैसे तकनीकी प्रगति, इस मामले में क्रायो-केंद्रित आयन बीम मिल्ड मानव कोशिकाओं पर क्रायो-इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी, सेलुलर संरचनाओं की एक ताजा तस्वीर प्रदान करती है।" अध्ययन में शामिल नहीं था। तथ्य यह है कि एनपीसी के केंद्रीय परिवहन चैनल का व्यास पहले के विचार से बड़ा है, यह दर्शाता है कि छिद्र में प्रभावशाली संरचनात्मक लचीलापन हो सकता है। "यह सेल के लिए परिवहन की बढ़ी हुई मांगों के अनुकूल होने के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है," एंटोनिन बताते हैं।

इसके बाद, शुलर और श्वार्ट्ज को यह समझने की उम्मीद है कि छिद्र का आकार किस प्रकार प्रभावित करता है कि कौन से अणु गुजर सकते हैं। उदाहरण के लिए, वैज्ञानिकों ने हाल ही में निर्धारित किया है कि एचआईवी जैसे अक्षुण्ण वायरस को नाभिक में अनुमति देने के लिए छिद्र काफी बड़ा था। यही सिद्धांत चिकित्सा उपचारों पर भी लागू होता है: केवल विशिष्ट गुणों वाली उचित आकार की दवाएं ही कोशिका के डीएनए तक पहुंचने में सक्षम होंगी।

श्वार्ट्ज यह जानने के लिए विशेष रूप से उत्सुक है कि क्या सभी एनपीसी समान बनाए गए हैं, या यदि उनकी संरचना प्रजातियों या सेल प्रकारों के बीच भिन्न है।

"हमने हमेशा कोशिकाओं में हेरफेर किया है और व्यक्तिगत घटकों को उनके मूल संदर्भ से बाहर कर दिया है," वे कहते हैं। "अब हम जानते हैं कि इस पद्धति के हमारे विचार से कहीं अधिक बड़े परिणाम हो सकते हैं।"

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स्रोत: https://news.mit.edu/2021/cellular-environments-shape-molecular-architecture-1013

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