एक नया मोड़: हमारे गुणसूत्रों को लूप करने वाली आणविक मशीनें डीएनए को भी मोड़ देती हैं

कावली इंस्टीट्यूट ऑफ डेल्फ़्ट यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी और आईएमपी वियना बायोसेंटर के वैज्ञानिकों ने आणविक मोटरों की एक नई संपत्ति की खोज की जो हमारे गुणसूत्रों को आकार देते हैं। जबकि छह साल पहले उन्होंने पाया था कि ये तथाकथित एसएमसी मोटर प्रोटीन हमारे डीएनए में लंबे लूप बनाते हैं, अब उन्हें पता चला है कि ये मोटर अपने द्वारा बनाए गए लूप में महत्वपूर्ण मोड़ भी डालते हैं। ये निष्कर्ष हमें अपने गुणसूत्रों की संरचना और कार्य को बेहतर ढंग से समझने में मदद करते हैं। वे यह भी जानकारी प्रदान करते हैं कि मुड़े हुए डीएनए लूपिंग का विघटन स्वास्थ्य को कैसे प्रभावित कर सकता है – उदाहरण के लिए, -कोइसिनोपैथिस- जैसी विकास संबंधी बीमारियों में। वैज्ञानिकों ने अपने निष्कर्ष साइंस एडवांसेज में प्रकाशित किये।

छोटे डीएनए लूप गुणसूत्र कार्यों को नियंत्रित करते हैं

हालाँकि, संघनन पर्याप्त नहीं है. कोशिकाओं को अपने कार्य को सक्षम करने के लिए गुणसूत्र संरचना को विनियमित करने की भी आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, जब आनुवंशिक जानकारी तक पहुँचने की आवश्यकता होती है, तो डीएनए को स्थानीय रूप से पढ़ा जाता है। विशेष रूप से जब किसी कोशिका के विभाजित होने का समय आता है, तो डीएनए को पहले खोलना होगा, डुप्लिकेट करना होगा, और फिर दो नई कोशिकाओं में ठीक से अलग होना होगा। एसएमसी कॉम्प्लेक्स (क्रोमोसोम का संरचनात्मक रखरखाव) नामक विशेष प्रोटीन मशीनें इन प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। कुछ साल पहले, डेल्फ़्ट और अन्य स्थानों के वैज्ञानिकों ने पाया कि ये एसएमसी प्रोटीन आणविक मोटर हैं जो हमारे डीएनए में लंबे लूप बनाते हैं, और ये लूप क्रोमोसोम फ़ंक्शन के प्रमुख नियामक हैं।

हमारी कोशिकाओं का संघर्ष

कल्पना कीजिए कि सुई की नोक से भी बहुत छोटी जगह में दो मीटर की रस्सी फिट करने की कोशिश की जा रही है – आपके शरीर की हर कोशिका अपने डीएनए को अपने छोटे नाभिक में पैक करते समय इसी चुनौती का सामना करती है। इसे प्राप्त करने के लिए, प्रकृति सरल रणनीतियों को अपनाती है, जैसे डीएनए को कुंडलियों के कुंडलों में घुमाना, तथाकथित -सुपरकॉइल्स- (दृश्य के लिए चित्र देखें) और कॉम्पैक्ट भंडारण के लिए इसे विशेष प्रोटीन के चारों ओर लपेटना।

एक नया मोड़

टीयू डेल्फ़्ट में सीज़ डेकर की प्रयोगशाला में, पोस्टडॉक्स रिचर्ड जेनिसन और रोमन बार्थ अब ऐसे सुराग प्रदान करते हैं जो इस पेचीदा पहेली को सुलझाने में मदद करते हैं। उन्होंने चुंबकीय चिमटी का उपयोग करने का एक नया तरीका विकसित किया, जिससे वे व्यक्तिगत एसएमसी प्रोटीन को डीएनए में लूपिंग चरण बनाते हुए देख सकते थे। महत्वपूर्ण बात यह है कि वे यह भी पता लगाने में सक्षम थे कि क्या एसएमसी प्रोटीन डीएनए में बदलाव को बदल देगा। और आश्चर्यजनक रूप से, टीम ने पाया कि उसने ऐसा किया: मानव एसएमसी प्रोटीन कोइसिन वास्तव में न केवल डीएनए को एक लूप में खींचता है, बल्कि लूप बनाने के प्रत्येक चरण में डीएनए को बाएं हाथ से 0.6 मोड़ तक मोड़ता है।

एसएमसी प्रोटीन के विकास की एक झलक

और तो और, टीम ने पाया कि घुमाने की यह क्रिया मनुष्यों के लिए अनोखी नहीं है। यीस्ट में समान एसएमसी प्रोटीन उसी तरह व्यवहार करते हैं। आश्चर्यजनक रूप से, मानव और खमीर से सभी विभिन्न प्रकार के एसएमसी प्रोटीन समान मात्रा में मोड़ जोड़ते हैं – वे प्रत्येक डीएनए लूप एक्सट्रूज़न चरण में डीएनए को 0.6 बार घुमाते हैं। इससे पता चलता है कि विकास के दौरान डीएनए एक्सट्रूज़न और ट्विस्टिंग तंत्र बहुत लंबे समय तक एक समान रहे। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि डीएनए मनुष्यों, यीस्ट, या किसी अन्य कोशिका में लूप किया गया है – प्रकृति एक ही रणनीति अपनाती है।

आवश्यक सुराग

ये नए निष्कर्ष इस नए प्रकार की मोटर के आणविक तंत्र को हल करने के लिए आवश्यक सुराग प्रदान करेंगे। इसके अतिरिक्त, वे स्पष्ट करते हैं कि डीएनए लूपिंग हमारे गुणसूत्रों की सुपरकोलिंग स्थिति को भी प्रभावित करती है, जो सीधे जीन अभिव्यक्ति जैसी प्रक्रियाओं को प्रभावित करती है। अंत में, ये एसएमसी प्रोटीन कॉर्नेलिया डी लैंग सिंड्रोम जैसी विभिन्न बीमारियों से संबंधित हैं, और इन गंभीर बीमारियों की आणविक उत्पत्ति का पता लगाने के लिए इन प्रक्रियाओं की बेहतर समझ महत्वपूर्ण है।

प्रकाशन:

आर. जेनिसन1,*, आर. बार्थ1,*, आईएफ डेविडसन2, जे.-एम. पीटर्स2, सी. डेकर1,-. सभी यूकेरियोटिक एसएमसी प्रोटीन प्रत्येक डीएनए-लूप-एक्सट्रूज़न चरण पर -0.6 का मोड़ उत्पन्न करते हैं, साइंस एडवांस, 13 दिसंबर 2024; डीओआई 10.1126/sciadv.adt1832

^{संबद्धताएँ: 1 बायोनोसाइंस विभाग, कावली इंस्टीट्यूट ऑफ नैनोसाइंस डेल्फ़्ट, डेल्फ़्ट यूनिवर्सिटी ऑफ़ टेक्नोलॉजी, डेल्फ़्ट, नीदरलैंड। 2 रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ मॉलिक्यूलर पैथोलॉजी, वियना बायोसेंटर, वियना, 1030, ऑस्ट्रिया। *इन लेखकों ने इस काम में बराबर योगदान किया है। -संवाददाता लेखक: c.dekker@tudelft.nl}