प्रथिनांचे कंडेन्सेट्स सहसा पेशींमधील लहान थेंब म्हणून वर्णन केले जातात: पाण्यात तरंगणाऱ्या द्रव तेलाच्या थेंबांसारखे वर्तन करू शकणारे प्रथिनांचे सघन समूह. कालांतराने बदलण्याच्या त्यांच्या क्षमतेकडे वाढते लक्ष वेधले गेले आहे, कारण अल्झायमर रोग आणि ALS यांसह विविध विकारांशी संबंधित काही प्रथिने अमायलॉइड तंतूही तयार करू शकतात.
या संक्रमणाबद्दलच्या प्रचलित अपेक्षेला आव्हान देणाऱ्या एका यंत्रणेचे पुरावे लायडेन विद्यापीठातील संशोधकांनी आता नोंदवले आहेत. वृद्ध होत चाललेल्या प्रथिनांच्या थेंबांचा मागोवा घेणाऱ्या प्रयोगांत, तंतू थेंबांच्या प्रथिनसमृद्ध आतील भागातून बाहेर येण्याऐवजी त्यांच्या पृष्ठभागापासून वाढून बाहेरच्या दिशेने पसरले, असे पथकाला आढळले. त्याच वेळी थेंब आकसले आणि अधिक काचेसारखे झाले.
Nature Physics मध्ये प्रकाशित झालेले हे काम न्यूरोडिजेनेरेटिव्ह रोगाचे थेट कारण सिद्ध करत नाही. मात्र, द्रवासारखी प्रथिनांची कंडेन्सेट्स रोगाशी संबंधित प्रथिनांशी जोडलेल्या तंतुमय रचना कशा विकसित करू शकतात, हे समजून घेण्यासाठी ते एक नवे भौतिक मॉडेल देते.
तीन आयामांत थेंबांचे वृद्धत्व पाहणे
डॉक्टरेटचे विद्यार्थी लिरु फेंग आणि सहाय्यक प्राध्यापक लुईस जॉवर्थ यांच्या अंशतः नेतृत्वाखाली लायडेनच्या पथकाने एका मूलभूत प्रश्नाचे उत्तर शोधण्यास सुरुवात केली: प्रथिनांचे थेंब वृद्ध होत असताना त्यांच्यासोबत काय घडते? त्यांच्या प्रयोगांतील थेंब सुमारे 5 मायक्रोमीटर रुंद होते, म्हणजे मानवी केसाच्या रुंदीच्या अंदाजे एक-दशांश.
कॉन्फोकल मायक्रोस्कोपीचा वापर करून संशोधकांनी नमुन्यांवर 12 तास तीन आयामांत लक्ष ठेवले. त्यामुळे सुरुवातीला द्रवासारख्या असलेल्या थेंबांचे दोन संभाव्य घन परिणाम—काचेसारखी अवस्था आणि तंतुमय अवस्था—दृश्यरूपात पाहणे व मोजणे शक्य झाले.
निकाल प्रतिकूल अपेक्षांचा होता. प्रथिने जिथे सर्वाधिक सघन असतात, त्या आतील भागात तंतू दिसतील, असा सरळ अंदाज असू शकतो. परंतु निरीक्षणात आलेले तंतू थेंबाच्या सीमारेषेपासून सुरू झाले आणि तिथून दूर बाहेरच्या दिशेने वाढले.
हा फरक महत्त्वाचा आहे, कारण त्यामुळे कंडेन्सेटचा पृष्ठभाग त्याच्या वृद्धत्वाच्या प्रक्रियेतील सक्रिय स्थळ म्हणून समोर येतो. संशोधकांच्या मते, तंतूंची वाढ आणि काचेसारखे होणे हे एकाच घटनेचे दोन वर्णन नाहीत. थेंब ज्या दोन स्पर्धात्मक मार्गांनी बदलू शकतात, ते हे मार्ग आहेत.
तंतू निर्माण होण्याचा पृष्ठभाग-प्रेरित मार्ग
जीवशास्त्र आणि भौतिकशास्त्रात कंडेन्सेट्स एक असामान्य मधली अवस्था व्यापू शकतात. ते वाहू आणि एकत्र येऊ शकतील इतके द्रवासारखे असतात, पण कालांतराने घन पदार्थांसारखेही होऊ शकतात. त्यांच्या रूपांतरणातून एकतर अव्यवस्थित, काचेसारखे पदार्थ किंवा अधिक संघटित तंतुमय रचना तयार होऊ शकतात.
नवीन निरीक्षणे या अवस्थांना एका विशिष्ट क्रमाने जोडतात. थेंबातून तंतू बाहेर वाढत असताना, थेंब स्वतः लहान आणि अधिकाधिक काचेसारखा झाला. यावरून असे सूचित होते की बाह्य तंतू तयार होण्यासाठी थेंबातील पदार्थाचा वापर होऊ शकतो आणि उरलेल्या पदार्थाची भौतिक अवस्था बदलू शकते.
त्यामुळे, या अभ्यासाचे योगदान एखाद्या विशिष्ट रोगयंत्रणेबद्दलचा दावा नसून, या प्रकारच्या प्रथिन प्रणालींमध्ये तंतू वाढण्यासाठी प्रस्तावित केलेला एक नवा नमुना आहे. कालांतराने ही प्रक्रिया दृश्यमान करण्यासाठी संशोधन पथकाने थेट प्रतिमांकनाला परिमाणात्मक विश्लेषण आणि मॉडेलिंगशी जोडले.
प्रथिनांची सूक्ष्म अवस्था अंतिम टप्प्यातील प्रतिमेवरून ओळखणे कठीण असू शकते, अशा क्षेत्रात हा दृष्टिकोन महत्त्वाचा आहे. एका स्थिर चित्रात तंतू आणि थेंब एकत्र दिसू शकतात; परंतु कालानुक्रमिक प्रयोगातून तंतू थेंबाच्या आत, त्याच्या काठावर किंवा पूर्णपणे वेगळ्या मार्गाने तयार झाले का, हे समजू शकते.
हा शोध महत्त्वाचा का आहे
अल्झायमर रोग आणि ALS यांसारख्या न्यूरोडिजेनेरेटिव्ह स्थितींशी प्रथिनांच्या तंतू निर्मितीचा संबंध आहे, हे शास्त्रज्ञांना सुमारे दशकभरापासून माहीत आहे. तरीही द्रवासारख्या कंडेन्सेट्स आणि तंतू यांच्यातील भौतिक संबंध हा खुला प्रश्न राहिला आहे.
लायडेनचे निष्कर्ष हा प्रश्न अधिक नेमका करतात. किमान अभ्यासलेल्या प्रणालीत, प्रथिनसमृद्ध थेंब आणि त्याच्या सभोवतालच्या वातावरणातील इंटरफेस तंतू कुठून सुरू होतील हे ठरवू शकतो, असे ते दर्शवतात. कंडेन्सेट्सचे वृद्धत्व कसे होते, कोणत्या परिस्थिती काचेसारखे होण्यास अनुकूल असतात आणि कोणत्या परिस्थिती बाहेरच्या दिशेने तंतूंच्या वाढीस अनुकूल असतात, यावरील भविष्यातील प्रयोगांना हे निरीक्षण मार्गदर्शक ठरू शकते.
केवळ एकाग्रतेवरून प्रथिनांच्या पदार्थाचे वर्तन स्पष्ट होईलच असे नाही, हेही या शोधातून अधोरेखित होते. थेंबाच्या आतील भागात प्रथिनांची एकाग्रता जास्त असूनही तंतू तिथून सुरू झाले नाहीत, असे संशोधकांना आढळले. थेंबाच्या मुख्य भागापेक्षा सीमारेषेचे गुणधर्म वेगळे असावेत, असे दिसते.
रोगसंशोधनासाठीचे व्यावहारिक महत्त्व अधिक जैविकदृष्ट्या गुंतागुंतीच्या प्रणालींमध्येही असेच पृष्ठभाग-प्रेरित वर्तन दिसते का, यावर अवलंबून असेल. या प्रयोगांमधील बाहेरच्या दिशेने वाढणारे तंतू न्यूरॉन्समध्ये किंवा रुग्णांमध्ये घडणाऱ्या संपूर्ण प्रक्रियेची पुनरावृत्ती करतात, असे सध्याच्या अहवालात म्हटलेले नाही. मात्र, या संबंधांचा तपास करण्यासाठी तो चाचणीयोग्य आराखडा देतो.
आश्चर्यकारक निरीक्षणापासून चाचणीयोग्य मॉडेलपर्यंत
भौतिकशास्त्रीय दृष्टिकोन जैविक समस्या कशी स्पष्ट करू शकतो, हे या संशोधनातून दिसते. प्रथिन कंडेन्सेट्सना द्रव, काचेसारखी आणि तंतुमय अवस्था यांमध्ये बदलू शकणारे पदार्थ मानून संशोधकांना अपेक्षित नसलेला एक मार्ग ओळखता आला.
पुढील प्रश्न या वृद्धत्वाच्या मार्गांमधील स्पर्धा कशामुळे नियंत्रित होते, यावर केंद्रित होण्याची शक्यता आहे. बाह्य परिस्थिती किंवा आण्विक वैशिष्ट्ये एखादा थेंब काचेसारखा बनेल, तंतू वाढवेल किंवा दोन्ही करेल हे ठरवत असतील, तर रोगाशी संबंधित प्रथिने हानिकारक समूह कधी तयार करतात, हे शास्त्रज्ञ अधिक चांगल्या प्रकारे नकाशात मांडू शकतील.
सध्या मुख्य निष्कर्ष स्पष्ट आहे: अमायलॉइडसदृश तंतूंची वाढ कंडेन्सेटमधील सर्वाधिक प्रथिन-सघन भागातच सुरू झाली पाहिजे असे नाही. लायडेनच्या प्रयोगांत ती पृष्ठभागापासून सुरू होऊन बाहेरच्या दिशेने गेली, तर मागे उरलेला थेंब लहान आणि अधिक काचेसारखा झाला.
हा लेख Phys.org च्या वृत्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
Originally published on phys.org
