प्रोटीन बूंदें बाहर से बीमारी से जुड़े फाइबर उगा सकती हैं

Protein condensates को अक्सर कोशिकाओं के भीतर मौजूद छोटी बूंदों के रूप में वर्णित किया जाता है: प्रोटीन के सघन संग्रह, जो पानी में तैरती तरल तेल की बूंदों जैसा व्यवहार कर सकते हैं। समय के साथ बदलने की उनकी क्षमता ने बढ़ता ध्यान आकर्षित किया है, क्योंकि Alzheimer’s disease और ALS सहित कुछ विकारों से जुड़े प्रोटीन amyloid fibers भी बना सकते हैं।

Leiden University के शोधकर्ताओं ने अब एक ऐसी प्रक्रिया के प्रमाण प्रस्तुत किए हैं, जो इस संक्रमण के बारे में आम धारणा को चुनौती देती है। प्रोटीन बूंदों के पुराने होने पर नजर रखने वाले प्रयोगों में टीम ने पाया कि fibers बूंदों की सतह से बढ़े और बाहर की ओर फैलते गए, न कि उनके प्रोटीन-सघन आंतरिक हिस्सों से निकले। इसी दौरान बूंदें सिकुड़ गईं और अधिक glass-like हो गईं।

Nature Physics में प्रकाशित यह अध्ययन neurodegenerative disease का प्रत्यक्ष कारण स्थापित नहीं करता। हालांकि, यह यह समझने के लिए एक नया भौतिक मॉडल प्रस्तुत करता है कि तरल-जैसे protein condensates बीमारी से जुड़े प्रोटीनों से संबंधित fibrous structures कैसे विकसित कर सकते हैं।

तीन आयामों में बूंदों को पुराना होते देखना

Leiden की टीम, जिसका नेतृत्व आंशिक रूप से doctoral candidate Liru Feng और assistant professor Louise Jawerth ने किया, एक बुनियादी सवाल का जवाब तलाश रही थी: उम्र बढ़ने के साथ protein droplets के साथ क्या होता है? उनके प्रयोगों में बूंदें लगभग 5 micrometers चौड़ी थीं, यानी मानव बाल की चौड़ाई का करीब दसवां हिस्सा।

Confocal microscopy का उपयोग करके शोधकर्ताओं ने 12 घंटे तक नमूनों की तीन आयामों में निगरानी की। इससे वे शुरुआत में तरल-जैसी बूंदों के दो संभावित ठोस परिणामों को देख और माप सके: glassy state और fibrous state।

नतीजा अप्रत्याशित था। सीधी धारणा यह होती कि fibers उस आंतरिक हिस्से में दिखाई देंगे जहां प्रोटीन सबसे अधिक सघन हैं। इसके बजाय, देखे गए fibers बूंद की सीमा पर शुरू हुए और उससे दूर बाहर की ओर बढ़े।

यह अंतर महत्वपूर्ण है क्योंकि इससे condensate की सतह को उसके aging process में एक सक्रिय स्थल के रूप में देखा जाता है। शोधकर्ताओं के अनुसार, fiber growth और glass formation केवल एक ही घटना के दो वर्णन नहीं हैं। वे दो प्रतिस्पर्धी मार्ग हैं, जिनके माध्यम से बूंदें बदल सकती हैं।

फाइबर बनने का सतह-निर्देशित मार्ग

Condensates जीवविज्ञान और भौतिकी में एक असामान्य मध्य स्थिति में रह सकते हैं। वे बहने और आपस में मिलने के लिए पर्याप्त तरल-जैसे होते हैं, लेकिन समय के साथ ठोस-जैसे भी हो सकते हैं। उनका रूपांतरण अव्यवस्थित, glassy material या अधिक व्यवस्थित fibrous structures पैदा कर सकता है।

नए अवलोकन इन अवस्थाओं को एक विशिष्ट क्रम में जोड़ते हैं। जैसे-जैसे fibers बूंद से बाहर बढ़े, बूंद स्वयं छोटी और तेजी से glass-like होती गई। इससे संकेत मिलता है कि बाहरी fibers का निर्माण बूंद के पदार्थ का उपयोग कर सकता है और बचे हुए पदार्थ की भौतिक अवस्था को बदल सकता है।

इसलिए अध्ययन का योगदान किसी एक disease mechanism के बारे में दावे से कम और इस श्रेणी की protein systems में fiber growth के लिए प्रस्तावित paradigm से अधिक संबंधित है। शोध दल ने समय के साथ इस प्रक्रिया को स्पष्ट करने के लिए direct imaging को quantification और modeling के साथ जोड़ा।

ऐसे क्षेत्र में यह दृष्टिकोण महत्वपूर्ण है, जहां proteins की microscopic state का अनुमान किसी अंतिम छवि से लगाना कठिन हो सकता है। एक single snapshot fibers और droplets को साथ दिखा सकता है, लेकिन time-resolved experiment यह बता सकता है कि fibers बूंद के भीतर, उसके किनारे पर या किसी अन्य मार्ग से बने।

यह खोज क्यों महत्वपूर्ण है

वैज्ञानिक लगभग एक दशक से जानते हैं कि protein fiber formation Alzheimer’s disease और ALS जैसी neurodegenerative conditions से जुड़ा है। फिर भी liquid-like condensates और fibers के बीच भौतिक संबंध अब तक खुला प्रश्न रहा है।

Leiden के निष्कर्ष इस प्रश्न को सीमित करते हैं। वे संकेत देते हैं कि कम से कम अध्ययन किए गए system में, protein-rich droplet और उसके आसपास के वातावरण के बीच interface यह निर्धारित कर सकता है कि fibers कहां से शुरू होंगे। यह अवलोकन आगे के प्रयोगों में मदद कर सकता है, जो यह जांचें कि condensates कैसे पुराने होते हैं, कौन-सी परिस्थितियां glass formation को बढ़ावा देती हैं और कौन-सी बाहर की ओर fiber growth को।

यह इस बात को भी रेखांकित करता है कि केवल concentration किसी protein material के व्यवहार की व्याख्या नहीं कर सकती। हालांकि बूंद के भीतर प्रोटीन की concentration अधिक होती है, शोधकर्ताओं ने पाया कि fibers वहीं से शुरू नहीं हुए। ऐसा लगता है कि boundary में ऐसे गुण हैं जो बूंद के bulk से अलग हैं।

Disease research के लिए इसका व्यावहारिक महत्व इस बात पर निर्भर करेगा कि क्या अधिक जटिल जैविक प्रणालियों में भी ऐसा surface-driven behavior देखा जाता है। वर्तमान रिपोर्ट यह नहीं कहती कि इन प्रयोगों में बाहर की ओर बढ़ने वाले fibers neurons या patients में होने वाली पूरी प्रक्रिया को दोहराते हैं। लेकिन यह उन संबंधों की जांच के लिए एक testable framework प्रदान करती है।

आश्चर्यजनक अवलोकन से परीक्षण योग्य मॉडल तक

यह शोध दिखाता है कि physical-science approach किसी biological problem को कैसे स्पष्ट कर सकती है। Protein condensates को ऐसे materials के रूप में देखकर, जो liquid, glassy और fibrous states के बीच बदल सकते हैं, शोधकर्ता एक ऐसे pathway की पहचान कर सके जिसकी अपेक्षा पहले नहीं की गई थी।

अगले सवाल संभवतः इस बात पर केंद्रित होंगे कि aging के इन मार्गों के बीच competition को कौन नियंत्रित करता है। यदि बाहरी परिस्थितियां या molecular features यह निर्धारित करती हैं कि कोई बूंद glassy बनेगी, fibers उगाएगी या दोनों करेगी, तो वैज्ञानिक उन परिस्थितियों का बेहतर मानचित्र बना सकते हैं जिनमें disease-linked proteins हानिकारक assemblies बनाते हैं।

फिलहाल केंद्रीय निष्कर्ष स्पष्ट है: amyloid-like fibers की growth को condensate के सबसे अधिक protein-dense हिस्से में शुरू होना जरूरी नहीं है। Leiden के प्रयोगों में यह सतह पर शुरू हुई और बाहर की ओर बढ़ी, जबकि पीछे बची बूंद छोटी और अधिक glass-like हो गई।

This article is based on reporting by Phys.org. Read the original article.