Histone H3K9 methylation and Heterochromatin Protein 1 do not limit DNA accessibility in living S. pombe cells
जीवित *S. pombe* कोशिकाओं में एक कॉपर-प्रेरित डीएनए मिथाइलट्रांसफेरेज प्रणाली का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि यूक्रोमैटिन और हेटरोक्रोमैटिन दोनों इन विवो (in vivo) वैश्विक रूप से सुलभ हैं, जो यह प्रकट करता है कि H3K9 मिथाइलेशन और HP1/Swi6 प्रणाली डीएनए की सुलभता को सीमित नहीं करती है और अलग किए गए नाभिकों (nuclei) में देखी गई अपहुंच (inaccessibility) एक जैविक दमनकारी तंत्र के बजाय घने न्यूक्लियोसोम अंतराल का एक आर्टिफैक्ट (artifact) है।
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प्रत्येक जीवित कोशिका के भीतर, जेनेटिक कोड स्वतंत्र रूप से तैर नहीं रहा है, बल्कि यह प्रोटीन स्पूलों (spools) के चारों ओर कसकर लिपटा हुआ है, जो क्रोमैटिन नामक एक जटिल पदार्थ बनाता है। यह पैकेजिंग एक दोहरे उद्देश्य की पूर्ति करती है: यह डीएनए के लंबे धागों की रक्षा करती है और इस बात को नियंत्रित करती है कि आनुवंशिक निर्देश पुस्तिका के किन हिस्सों को किसी भी दिए गए क्षण में पढ़ा जा सकता है। दशकों तक, वैज्ञानिक इस धारणा के तहत काम करते रहे हैं कि यह लिपटना एक द्वारपाल (gatekeeper) के रूप में कार्य करता है, विशेष रूप से हेटरोक्रोमैटिन (heterochromatin) के रूप में ज्ञात क्षेत्रों में। ये जीनोम के वे सघन रूप से पैक किए गए खंड हैं, जो अक्सर प्रोटीन स्पूलों पर रासायनिक टैग द्वारा चिह्नित होते हैं और विशिष्ट प्रोटीनों द्वारा बंधे होते हैं, जिनके बारे में माना जाता था कि वे डीएनए को इतनी मजबूती से बंद कर देते हैं कि कोशिकीय मशीनरी वहां तक नहीं पहुँच सकती। 'लॉक-डाउन' क्षेत्र का यह विचार जीनों के नियमन को समझने के लिए केंद्रीय रहा है, जो यह सुझाव देता है कि इन रासायनिक चिह्नों और बाइंडिंग प्रोटीनों का प्राथमिक कार्य डीएनए तक पहुंच को भौतिक रूप से रोकना है।
वैज्ञानिकों ने मनुष्यों और बडिंग यीस्ट (budding yeast) सहित विभिन्न जीवों में इस घटना का लंबे समय तक अध्ययन किया है, जहाँ अलग किए गए सेल न्यूक्लिआई (cell nuclei) से प्राप्त साक्ष्यों ने इस दृष्टिकोण का समर्थन किया कि हेटरोक्रोमैटिन वास्तव में प्रवेश के लिए एक बाधा है। हालाँकि, वैज्ञानिकों की एक टीम ने फिशन यीस्ट (fission yeast) की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया, जो एक एकल-कोशिका वाला जीव है और जो इन कसकर पैक किए गए क्षेत्रों के अध्ययन के लिए एक शक्तिशाली मॉडल के रूप में कार्य करता है। इस यीस्ट में, हेटरोक्रोमैटिन को इसके हिस्टोन प्रोटीनों पर विशिष्ट रासायनिक संशोधनों और HP1 नामक एक बाइंडिंग प्रोटीन की उपस्थिति द्वारा परिभाषित किया जाता है। प्रचलित सिद्धांत यह था कि ये विशेषताएं मिलकर डीएनए को सील करने का काम करती हैं, जिससे इसे एक्सेस करने से रोका जा सके। यह परीक्षण करने के लिए कि क्या यह मॉडल एक स्थिर नमूने के बजाय एक जीवित, सांस लेते सेल में सही बैठता है, शोधकर्ताओं ने जीव के भीतर सीधे डीएनए की सुलभता (accessibility) को जांचने के लिए एक नई विधि विकसित की। उन्होंने एक ऐसी प्रणाली पेश की जो एक विशिष्ट एंजाइम को डीएनए को संशोधित करने के लिए सक्रिय कर सकती थी, जिससे उन्हें यह मापने की अनुमति मिली कि यह एंजाइम वास्तविक समय में जीनोम के विभिन्न हिस्सों तक कितनी आसानी से पहुँच सकता है।
इस प्रयोग के परिणामों ने इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती दी कि रासायनिक चिह्न और बाइंडिंग प्रोटीन एक भौतिक दीवार के रूप में कार्य करते हैं। जब वैज्ञानिकों ने जीवित फिशन यीस्ट कोशिकाओं में डीएनए को मापा, तो उन्होंने पाया कि सघन रूप से पैक किया गया हेटरोक्रोमैटिन जीनोम के अधिक ढीले ढंग से पैक किए गए क्षेत्रों की तरह ही खुला और सुलभ था। यहाँ तक कि सेंट्रोमियर्स (centromeres), जो गुणसूत्रों के कोशिका के आंतरिक कंकाल से जुड़ने वाले विशिष्ट क्षेत्र हैं, इस जीव में पूरी तरह से सुलभ थे। यह अन्य प्रजातियों के निष्कर्षों के विपरीत है, जहाँ सेंट्रोमियर्स अक्सर अगम्य होते हैं। अध्ययन बताता है कि जीवित फिशन यीस्ट में, रासायनिक टैग और बाइंडिंग प्रोटीन डीएनए तक पहुंच को रोककर काम नहीं करते हैं। इसके बजाय, जीनोम वैश्विक रूप से गतिशील प्रतीत होता है, जिसमें मशीनरी स्थानीय पैकेजिंग शैली की परवाह किए बिना डीएनए के लगभग किसी भी हिस्से तक पहुँच सकती है।
हालाँकि, कहानी तब बदल जाती है जब शोधकर्ताओं ने उन्हीं कोशिकाओं को देखा जिन्हें नाभिक (nuclei) को अलग करने के लिए तोड़ दिया गया था। इन अलग किए गए नमूनों में, क्रोमैटिन काफी हद तक अगम्य हो गया, और ठीक वैसा ही व्यवहार करने लगा जैसा कि पारंपरिक मॉडल भविष्यवाणी करता है। शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि यह बदलाव रासायनिक चिह्नों या बांडिंग प्रोटीनों के नुकसान के कारण नहीं था, बल्कि डीएनए की भौतिक संरचना के कारण था। अलग किए गए न्यूक्लिआई में, प्रोटीन स्पूल इतने कसकर पैक थे कि उनके बीच एंजाइमों के प्रवेश के लिए लगभग कोई स्थान नहीं बचा था। यह सघन अंतराल, जो तब होता है जब कोशिका अब अखंड नहीं रहती, एक भौतिक बाधा पैदा करता है जो जीवित कोशिका में मौजूद नहीं होता है। फलस्वरूप, अध्ययन इंगित करता है कि इस यीस्ट में रासायनिक प्रणाली के चिह्न और बाइंडिंग प्रोटीन डीएनए तक पहुंच को रोककर जीन गतिविधि को दबाते नहीं हैं। यह विचार कि ये प्रोटीन डीएनए को छिपा रखने के लिए एक ताले के रूप में कार्य करते हैं, कोशिकाओं को उनकी प्राकृतिक, जीवित अवस्था से हटाने पर होने वाली गलत व्याख्या प्रतीत होता है।
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