पार्किंसंस इलाज में नई उम्मीद: सिंगल-मोलिक्यूल तकनीक का असर

 

 

A NEW WAY TO STUDY PROTEIN FOLDING & ASSOCIATED CHAPERONS THAT SAVE PROTEINS FROM NON-NATIVE INTERACTION, COULD HELP UNDERSTAND WHAT EXACTLY TRIGGERS THE FOLDING. THE UNDERSTANDING COULD HELP TRACK PROGRESSION OF DISEASES LIKE CANCER, PARKINSONS, AND ALZHEIMER’S. PROTEINS PARTICIPATE IN ALMOST EVERY PROCESS WITHIN THE CELL. THEY NEED TO ADAPT A WELL-DEFINED 3-D STRUCTURE IN ORDER TO CARRY OUT THEIR ASSIGNED FUNCTION CALLED ‘NATIVE CONFORMATION’. HOWEVER, DUE TO SEVERAL CHEMICAL, ENVIRONMENTAL, OR PHYSICAL STRESS CONDITIONS, THE PROTEIN MOLECULES MAY GET MISFOLDED OR UNFOLDED, LEADING TO DISFUNCTION. IT RESULTS IN THE AGGREGATION OF TOXIC MATERIAL IN THE CELL, RESULTING IN DISEASES. NEURO-DEGENERATIVE DISEASES SUCH AS ALZHEIMER’S OR PARKINSON’S DISEASE HAVE BEEN LINKED TO THE FORMATION OF TOXIC AGGREGATES WITHIN A CELL. WHILE SEVERAL NEWLY TRANSLATED PROTEINS CAN FOLD SPONTANEOUSLY MANY OF THEM REQUIRE THE ASSISTANCE OF MOLECULAR CHAPERONES TO ACHIEVE THEIR NATIVE STATE AND TO AVOID NON-NATIVE INTERACTIONS. MOLECULAR CHAPERONES ARE ESSENTIAL FOR KEEPING THE PROTEIN MOLECULES FUNCTIONING PROPERLY. IN ADDITION TO HELPING WITH FOLDING, THEY CAN REPAIR UNFOLDING AND MISFOLDING TOO.

 

 

सिंगल-मोलिक्यूल तकनीकें अल्जाइमर रोग की प्रगति से जुड़ी प्रोटीन फोल्डिंग की नई डायनेमिक्स का खुलासा करती हैं

By- Usha Rawat

प्रोटीन फोल्डिंग और उन चापेरोन के अध्ययन का एक नया तरीका, जो प्रोटीन को गैर-स्वदेशी इंटरएक्शन से बचाता है, यह समझने में मदद कर सकता है कि फोल्डिंग को शुरू करने के लिए क्या ट्रिगर होता है। यह समझ प्रगति को ट्रैक करने में सहायक हो सकती है, जैसे कैंसर, पार्किंसंस और अल्जाइमर जैसी बीमारियों की।

कोशिका में होने वाली लगभग हर प्रक्रिया में प्रोटीन की भागीदारी होती है। इसमें उन्हें उनके निर्धारित कार्य जिसे ‘सजातीय अनुरूपता’ कहा जाता है, के लिये ठीक ढंग से परिभाषित 3-डी संरचना को अपनाने की आवश्यकता होती है। लेकिन इस दौरान रासायनिक, पर्यावरण संबंधी और शारीरिक तनाव जैसी कई तरह की परिस्थितियों से प्रोटीन अणु गलत ढंग से मुड़ सकते हैं अथवा खुल सकते हैं जिसकी वजह से वह अपना कार्य ठीक ढंग से नहीं कर पाते। इसके परिणामस्वरूप कोशिका में विषाक्त पदार्थ एकत्रित हो जाता है जिससे बीमारियां होती हैं। अल्जाइमर अथवा पार्किंसस जैसी तंत्रिका तंत्र को क्षीण करने वाली न्यूरो-डिजनरेटिव बीमारियों को भी कोशिकाओं में विषाक्त पदार्थ एकत्रित होने से जोड़ा जाता रहा है।

जबकि कई नये परिवर्तित प्रोटीन स्वतः ही मुड़ सकते हैं, फिर भी उनमें से कइयों को अपने मूल रूप को हासिल करने और गैर-सजातीय अंतःक्रियाओं से बचने के लिये आणविक संरक्षिकाओं की मदद की जरूरत पड़ती है। प्रोटीन अणु ठीक ढंग से काम करें, इसके लिये अणुओं को संरक्षण देने वाले चैपरॉन आवश्यक होते हैं। ये उन्हें मुड़ने में मदद करने के साथ ही उनके खुलने और गलत ढंग से मुड़ने को भी ठीक करते हैं।

हमारी भलाई में आणविक चापेरोन के महत्व के मद्देनज़र, शोधकर्ता कोशिका के भीतर उनके संरचना और कार्य का अध्ययन कर रहे हैं। बायोकैमिकल मापदंडों ने हमें यह जानकारी दी है कि चापेरोन की उपस्थिति में प्रोटीन फोल्डिंग की दक्षता और एकत्रण की रोकथाम होती है।

हालांकि पारंपरिक बल्क प्रयोग चापेरोन अणुओं की विविधता और उनके विभिन्न कोशिकाओं में कार्य को सही ढंग से जांचने में सक्षम नहीं होते हैं। इसके अलावा, लघुकालिक संक्रमणीय अवस्थाएँ बल्क प्रयोगों के दायरे में नहीं आतीं। इन संक्रमणीय अवस्थाओं का मेटाबोलिक प्रक्रियाओं में महत्व अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं गया है।

हाल के वर्षों में, सिंगल-मोलिक्यूल तकनीकों के विकास ने जैविक अणुओं की मौलिक विशेषताओं का अन्वेषण करने के लिए नए रास्ते खोले हैं, जो विभिन्न जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं में शामिल होते हैं।

एस.एन. बोस राष्ट्रीय केंद्र (DST का एक स्वायत्त संस्थान) की एक टीम, प्रोफेसर शुभासिस हल्दर की अगुवाई में, अपने लैब में बनाए गए कोवलेंट मैग्नेटिक ट्वीज़र (CMT) का उपयोग करके प्रोटीन अणुओं की भौतिक और रासायनिक विशेषताओं का अध्ययन कर रही है और चापेरोन के कार्य को समझने की कोशिश कर रही है, जो इन अणुओं के फोल्डिंग और कार्य को प्रभावित करते हैं।

यह अभिनव दृष्टिकोण चापेरोन-समर्थित प्रोटीन फोल्डिंग की जटिल डायनेमिक्स में अभूतपूर्व अंतर्दृष्टियाँ प्रदान कर रहा है। इस आणविक बैलेट के प्रमुख खिलाड़ी हिट शॉक प्रोटीन Hsp70 और Hsp90 हैं, जो दो सबसे अध्ययन किए गए आणविक चापेरोन हैं।

सिंगल-मोलिक्यूल फोर्स स्पेक्ट्रोस्कोपी ने Hsp70-प्रेरित प्रोटीन हेरफेर की जटिल डायनेमिक्स का खुलासा किया है। यह जटिल विवरण समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं कि कैसे Hsp70 प्रोटीन फोल्डिंग, स्थिरीकरण और परिवहन में सहायता करता है, विभिन्न कोशिकीय स्थितियों के तहत।

Hsp90 भी एक महत्वपूर्ण चापेरोन है, जो कई प्रोटीनों को सक्रिय और स्थिर करने के लिए जाना जाता है, जिनमें स्टेरॉयड हार्मोन रिसेप्टर्स और सिग्नलिंग किनेजेस शामिल हैं। सिंगल-मोलिक्यूल तकनीकों का उपयोग Hsp90 जटिल के कई मार्गों और अवस्थाओं का वर्णन करने के लिए किया गया। इस शोध ने मैग्नेटिक ट्वीज़र के बहुपरक क्षमताओं को प्रोटीन संरचनाओं में हेरफेर करने में उजागर किया।

उनकी खोजों ने आणविक चापेरोन के नए तंत्रों का खुलासा किया है और प्रोटीन होमियोस्टेसिस और मानव बीमारियों के लिए उनके कार्यों और प्रभावों पर महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टियाँ प्रदान की हैं। इन अध्ययनों की श्रृंखला की समीक्षा Trends in Biochem Sciences पत्रिका में प्रकाशित हुई है।

यह शोध चापेरोन के इंटरएक्शन को बल के तहत सब्सट्रेट के साथ समझाता है, और यह बताता है कि चापेरोन, विशेष रूप से जो कोशिका के सुरंगों में स्थित होते हैं, प्रोटीन ट्रांसलोकेशन के दौरान उत्पन्न बल का उपयोग करके सब्सट्रेट फोल्डिंग में सहायता करते हैं।

इन सुरंग-संलग्न चापेरोन का उपयोग सुरंग से प्राप्त यांत्रिक ऊर्जा को फोल्डिंग प्रक्रिया को मार्गदर्शन करने के लिए करते हैं, इस प्रकार यह सुनिश्चित करते हैं कि प्रोटीन सही तरीके से परिपक्व हों, जो महत्वपूर्ण कोशिकीय कार्यों के लिए आवश्यक होते हैं। इसके अलावा, यह जांचने से चापेरोन द्वारा बल के तहत प्रदर्शित किए गए विभिन्न यांत्रिक कार्यों का पता चला है।

शोधकर्ता अब यह समझने की प्रक्रिया में हैं कि अल्जाइमर ब्रेन की कठोरता के कारण कैसे शुरू होता है। जब डीजेनेरेटिव बीमारियों जैसे अल्जाइमर और पार्किंसंस रोगों के भौतिक आधार को आणविक स्तर पर समझा जाएगा, तो दवाओं को चापेरोन के यांत्रिक कार्यों को लक्षित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। इससे इन बीमारियों की प्रगति को रोकने में मदद मिलेगी।

“हालाँकि, बहुत कुछ अनुत्तरित है क्योंकि हम बुनियादी और अनुवादक अनुसंधान के संयोग पर काम कर रहे हैं,” समीक्षा पत्र के सह-लेखक डेबोज्योति चौधरी कहते हैं।

जब चापेरोन और उनके क्लाइंट प्रोटीनों की डायनेमिक्स को समझने में मौजूद अंतर को समझा जाएगा, तो फार्मास्युटिकल विज्ञान अगले बड़े कदम के लिए तैयार होगा। सिंगल-मोलिक्यूल तकनीकें इस क्रांति की कुंजी हैं।

Related publications:

Ayush Chandrakant Mistry et al, Elucidating Novel Mechanisms of Molecular Chaperones by Single-molecule Technologies, Trends in Biochemical Sciences, 2023

Additional reference : 

Lene Clausen et al, Molecular Chaperones in Human Disorders, Advances in Protein Chemistry and Structural Biology, 2019

Chaudhuri et al., Direct Observation of the Mechanical Role of Bacterial Chaperones in Protein Folding, ACS Biomacromolecules, 2022