2020 से पहले, जब मेरे दोस्तों और परिचितों ने मुझसे पूछा कि मैंने आणविक जीवविज्ञानी के रूप में क्या अध्ययन किया है, तो जैसे ही मैंने “आरएनए” कहा, उनकी आँखें अनिवार्य रूप से चमक उठीं। अब, जैसा कि कोविड-19 महामारी ने दुनिया को इस अणु की शक्ति और वादा दिखाया है, उनकी आंखें चौड़ी हो गई हैं।

आरएनए के महत्व की बढ़ती मान्यता के बावजूद, इन अणुओं को कोशिकाओं के अंदर होने की आवश्यकता कैसे होती है, यह स्पष्ट नहीं है।

आरएनए डीएनए का रासायनिक चचेरा भाई है। यह कोशिका में कई भूमिकाएँ निभाता है, लेकिन शायद इसे आनुवंशिक जानकारी के रिले संदेशवाहक के रूप में जाना जाता है। आरएनए, डीएनए में जानकारी की एक कॉपी न्यूक्लियस में अपने स्टोरहाउस से सेल में उन साइटों तक ले जाता है जहां बिल्डिंग ब्लॉक बनाने के लिए सूचना को डिकोड किया जाता है – प्रोटीन – जो कोशिकाओं को बनाते हैं कि वे क्या हैं। यह परिवहन प्रक्रिया पशु विकास के लिए महत्वपूर्ण है, और इसकी खराबी लोगों में विभिन्न आनुवंशिक रोगों से जुड़ी हुई है।

कुछ मायनों में, कोशिकाएं शहरों की तरह होती हैं, जहां प्रोटीन “जिलों” में विशिष्ट कार्य करता है, जिस पर उनका कब्जा होता है। सही समय और जगह पर सही सामग्री का होना जरूरी है।

उदाहरण के लिए, फैशन डिस्ट्रिक्ट में हाई-सिक्योरिटी वॉल्ट स्थापित करने का कोई मतलब नहीं है। इसके बजाय, इसे वित्तीय जिले में होना चाहिए, जहां इसे मुद्रा से भरने के लिए टेलर हैं। इसी तरह, कोशिका के लिए ऊर्जा उत्पादन के लिए समर्पित प्रोटीन सबसे अधिक सक्रिय होते हैं जब वे नाभिक तक ही सीमित नहीं होते हैं, लेकिन जब वे कोशिका के बिजली संयंत्र, माइटोकॉन्ड्रिया में होते हैं, तो उनके काम के लिए आवश्यक कच्चे माल और सहायक उपकरण से घिरा होता है।

तो कोशिकाएं यह कैसे सुनिश्चित करती हैं कि उनमें लाखों प्रोटीन वहीं हैं जहां उन्हें होना चाहिए? एक तरीका सुनने में जितना आसान लगता है: उन्हें सीधे स्थानांतरित करें। हालाँकि, प्रत्येक परिवहन चरण में ऊर्जा की खपत होती है। पूरे शहर में भारी बटुआ लुटाना आसान नहीं है। एक वैकल्पिक रणनीति यह है कि तिजोरी के निर्माण के निर्देश सीधे बैंक को दिए जाएं ताकि निर्माण के तुरंत बाद यह पहले से ही मौजूद हो।

किसी दिए गए प्रोटीन को बनाने के निर्देश RNA में निहित होते हैं। प्रोटीन की डिलीवरी सुनिश्चित करने का एक तरीका उनके आरएनए ब्लूप्रिंट को उन जगहों पर पहुंचाना है जहां उनके विशिष्ट कार्यों की आवश्यकता है। लेकिन आरएनए को वह स्थान कैसे मिलता है जहां उसे होना चाहिए?

मेरी शोध टीम एक ही प्रश्न पर केंद्रित है: आरएनए परिवहन को नियंत्रित करने वाले आणविक तंत्र क्या हैं? हमारा हाल ही में प्रकाशित शोध इंगित करता है कि इस प्रक्रिया को नियंत्रित करने वाली कुछ आणविक भाषा सेल प्रकारों में सार्वभौमिक हो सकती है।

आरएनए परिवहन की आणविक भाषा

मुट्ठी भर mRNAs के लिए – या RNA अनुक्रम विशिष्ट प्रोटीन के लिए कोडिंग करते हैं – शोधकर्ताओं को इस बात का अंदाजा है कि उन्हें कैसे पहुँचाया जाता है। उनमें अक्सर न्यूक्लियोटाइड्स की एक विशेष स्ट्रिंग होती है, रासायनिक बिल्डिंग ब्लॉक जो आरएनए बनाते हैं, जो कोशिकाओं को उनके इच्छित गंतव्य बताते हैं। न्यूक्लियोटाइड्स के ये अनुक्रम, या जिसे वैज्ञानिक आरएनए “ज़िप कोड” कहते हैं, प्रोटीन द्वारा पहचाने जाते हैं जो मेल वाहकों की तरह कार्य करते हैं और आरएनए को वहां पहुंचाते हैं जहां उन्हें जाने की आवश्यकता होती है।

मेरी टीम और मैं नए ज़िप कोड की खोज करने के लिए निकल पड़े हैं जो न्यूराइट्स को आरएनए भेजते हैं, न्यूरॉन्स पर अक्षतंतु और डेन्ड्राइट के अग्रदूत जो विद्युत संकेतों को संचारित और प्राप्त करते हैं। हमने तर्क दिया कि ये ज़िप कोड उन हजारों न्यूक्लियोटाइड्स के भीतर कहीं होंगे जो न्यूराइट्स में आरएनए बनाते हैं। लेकिन हम आरएनए भूसे के ढेर में अपनी ज़िप कोड सुई कैसे ढूंढते हैं?

हमने आठ माउस न्यूराइट-स्थानीय आरएनए को लगभग 10,000 छोटे टुकड़ों में विभाजित करके शुरू किया, प्रत्येक लगभग 250 न्यूक्लियोटाइड लंबा। फिर हमने इनमें से प्रत्येक टुकड़े को एक असंबंधित जुगनू आरएनए से जोड़ दिया, जिसे माउस कोशिकाओं को पहचानने की संभावना नहीं थी, और उन टुकड़ों को देखा, जिनके कारण न्यूराइट्स को जुगनू आरएनए की डिलीवरी हुई। । मेल सादृश्य का विस्तार करने के लिए, हमने 10,000 खाली लिफाफे (जुगनू आरएनए) लिए और प्रत्येक पर एक अलग ज़िप कोड (न्यूराइट-स्थानीयकृत आरएनए टुकड़े) लिखा। यह देखते हुए कि न्यूराइट्स को कौन से लिफाफे वितरित किए गए थे, हम कई नए न्यूराइट ज़िप कोड खोजने में सक्षम हुए।

हम अभी भी उस प्रोटीन की पहचान नहीं जानते थे जो “मेल वाहक” के रूप में काम करता था। यह पता लगाने के लिए, हमने नए पहचाने गए ज़िप कोड वाले RNA को शुद्ध किया और देखा कि कौन से प्रोटीन उनके साथ शुद्ध होते हैं। यह विचार था कि मेल वाहक को परिवहन की प्रक्रिया में उसके लक्ष्य आरएनए से बाइंड करते हुए कैप्चर किया जाए।

हमने पाया कि एक प्रोटीन जो न्यूराइट के विकास को नियंत्रित करता है, जिसका नाम अनकम्प्ट है, को अक्सर ज़िप कोड युक्त आरएनए के साथ सह-अभिव्यक्त किया गया था। जब हमने Unkempt की कोशिकाओं को समाप्त कर दिया, तो Zipcodes RNA को न्यूराइट्स तक पहुँचाने में असमर्थ थे, Unkumpt को “मेल वाहक” के रूप में प्रकट करते हुए, जिसने इन RNA को वितरित किया।

एक सार्वभौमिक भाषा की ओर

इस काम के साथ, हमने ज़िप कोड की पहचान की जो आरएनए को न्यूराइट्स (हमारे सादृश्य, बैंकों) में भेजते हैं। लेकिन इन ज़िप कोडों में से एक आरएनए कहाँ समाप्त होगा यदि यह बिना न्यूराइट्स (बैंक के बिना एक शहर) के सेल में होता है?

इसका उत्तर देने के लिए, हमने देखा कि आरएनए पूरी तरह से अलग प्रकार की कोशिकाओं में थे, उपकला कोशिकाएं जो शरीर के अंगों को पंक्तिबद्ध करती हैं। दिलचस्प बात यह है कि वही ज़िप कोड जो न्यूराइट्स को आरएनए भेजते थे, उन्हें उपकला कोशिकाओं में भेजते थे। इस बार हमने एक अन्य मेल कैरियर की पहचान की, एक प्रोटीन जिसे LARP1 कहा जाता है, जो आरएनए को एक विशिष्ट ज़िप कोड के साथ न्यूराइट्स और उपकला कोशिकाओं दोनों के आधार पर ले जाने के लिए जिम्मेदार है।

एक ज़िप कोड और एक मेल वाहक एक ही आरएनए को दो अलग-अलग कोशिकाओं में दो अलग-अलग स्थानों पर कैसे पहुंचा सकता है? यह पता चला है कि इन दोनों प्रकार की कोशिकाओं में सूक्ष्मनलिकाएं नामक संरचनाएं होती हैं जो एक विशेष तरीके से उन्मुख होती हैं। माइक्रोट्यूबुल्स को सेलुलर लेन के रूप में माना जा सकता है जो सेल के भीतर विभिन्न सामग्रियों के परिवहन के लिए ट्रैक के रूप में काम करता है। महत्वपूर्ण रूप से, ये सूक्ष्मनलिकाएं ध्रुवीकृत हैं, जिसका अर्थ है कि उनके पास “प्लस” और “माइनस” छोर हैं। इसलिए इनमें से किसी एक छोर को लक्षित करके कार्गो को विशिष्ट दिशाओं में ले जाया जा सकता है।

न्यूरॉन्स में, सूक्ष्मनलिकाएं न्यूराइट की नोक तक फैलती हैं और इसके अतिरिक्त सिरे होते हैं। उपकला कोशिकाओं में, सूक्ष्मनलिकाएं ऊपर से नीचे की ओर चलती हैं, उनके प्लस सिरे नीचे की ओर इशारा करते हैं। यह देखते हुए कि ये दोनों साइटें सूक्ष्मनलिकाएं के प्लस सिरों से जुड़ी हैं, क्या इसीलिए हमने इन दो क्षेत्रों में सीधे RNAs के लिए एक ज़िप कोड देखा है?

इसका परीक्षण करने के लिए, हमने सेल की माइक्रोट्यूबुल्स के प्लस एंड तक कार्गो पहुंचाने की क्षमता को बाधित किया और निगरानी की कि हमारे ज़िप कोड वाले आरएनए वितरित किए गए थे या नहीं। हमने पाया कि इन आरएनए ने इसे न तो न्यूरॉन्स में न्यूराइट्स के लिए बनाया और न ही एपिथेलियल कोशिकाओं के निचले सिरे तक। इसने इन विशिष्ट ज़िप कोड वाले आरएनए के परिवहन में सूक्ष्मनलिकाएं की भूमिका की पुष्टि की। सेल में विशिष्ट स्थानों पर आरएनए को निर्देशित करने के बजाय, ये ज़िप कोड आरएनए को सूक्ष्मनलिकाएं के प्लस सिरों पर निर्देशित करते हैं, जहां भी यह एक विशिष्ट सेल प्रकार में हो सकता है।

हम इस प्रक्रिया की तुलना डाक पते से कर सकते हैं। जबकि ऊपर की पंक्ति (“बैंक”) हमें इमारत का नाम बताती है, यह वास्तव में पता और सड़क का नाम (“150 मेपल स्ट्रीट”) है जिसमें मेल वाहक के लिए कार्रवाई योग्य जानकारी होती है। ये आरएनए ज़िप कोड आरएनए को माइक्रोट्यूब्यूल पाथवे के साथ विशिष्ट स्थानों पर निर्देशित करते हैं, सेल में विशिष्ट संरचनाओं के लिए नहीं। यह अधिक लचीले लेकिन समान कोड की अनुमति देता है, क्योंकि सभी कोशिकाएं समान संरचना साझा नहीं करती हैं।

क्लिनिक में mRNA का अनुवाद

हमारे शोध से पता चलता है कि कैसे ज़िप कोड अनुक्रम और प्रोटीन आरएनए प्राप्त करने के लिए एक साथ काम करते हैं जहां उन्हें होना चाहिए। जेनेटिक ज़िप कोड के अन्य उपन्यास पहलुओं का पता लगाने के लिए हमारे निष्कर्षों और विधियों को सामान्यीकृत किया जा सकता है जो सेल में अन्य स्थानों पर आरएनए को निर्देशित करते हैं।

यह समझना कि ज़िप कोड अनुक्रम कैसे काम करता है, शोधकर्ताओं को RNA डिज़ाइन करने में मदद कर सकता है जो सेल में सटीक स्थानों पर उनके पेलोड निर्देश वितरित करते हैं। टीके से लेकर कैंसर के उपचार तक, आरएनए-आधारित उपचारों के बढ़ते वादे को देखते हुए, यह जानना कि आरएनए बिंदु A से बिंदु B तक कैसे पहुंचता है, पहले से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है।

मैथ्यू तालिफ़ेरो, जैव रसायन और आणविक आनुवंशिकी के सहायक प्रोफेसर; यूनिवर्सिटी ऑफ कोलोराडो Anschutz मेडिकल कैंपस

यह लेख क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत द कन्वर्सेशन से पुनर्प्रकाशित किया गया है। मूल लेख पढ़ें।