RNAPII and XPC remodel the 3D genome for UV repair
यह अध्ययन प्रकट करता है कि यूवी विकिरण (UV irradiation) होने पर, आरएनए पॉलीमरेज़ II (RNA polymerase II) और XPC सक्रिय रूप से क्रोमैटिन लूप को छोटा करने और डोमेन को सुदृढ़ करने के लिए लूप एक्सट्रूज़न (loop extrusion) को सीमित करके 3D जीनोम को पुनर्गठित करते हैं, जिससे एक मरम्मत-अनुमेय (repair-permissive) अवस्था निर्मित होती है जो कुशल न्यूक्लियोटाइड एक्सिशन रिपेयर (nucleotide excision repair) को सुगम बनाती है।
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प्रत्येक मानव कोशिका के केंद्रक (न्यूक्लियस) के भीतर, वह डीएनए जो हमारे आनुवंशिक निर्देशों को वहन करता है, कोई ढीला, उलझा हुआ धागा नहीं है। इसके बजाय, यह एक जटिल, त्रि-आयामी वास्तुकला में मुड़ा हुआ होता है, जिसे लूप्स और डोमेन में व्यवस्थित किया जाता है जो जीनोम के दूर के हिस्सों को एक-दूसरे के करीब लाता है। यह फोल्डिंग स्थिर नहीं है; यह अत्यधिक लचीली है, जो लगातार बदलती रहती है ताकि कोशिका अपने जीन को पढ़ सके या क्षति के प्रति प्रतिक्रिया दे सके। इस आनुवंशिक कोड के लिए सबसे खतरनाक खतरों में से एक पराबैमर किरणें (अल्ट्रावॉयलेट लाइट) हैं, जो डीएनए में रासायनिक घाव (लेशन्स) पैदा कर सकती हैं। जीवित रहने के लिए, कोशिकाएं न्यूक्लियोटाइड एक्सिशन रिपेयर नामक एक मरम्मत प्रणाली पर निर्भर करती हैं, जो एक ऐसी प्रक्रिया है जो जीनोम को स्कैन करती है, इन क्षतिग्रस्त स्थानों को ढूंढती है, और उन्हें ठीक करती है। दशकों तक, वैज्ञानिक समझते थे कि यह मरम्मत मशीनरी आणविक स्तर पर कैसे काम करती है, लेकिन एक महत्वपूर्ण प्रश्न शेष था: यह मरम्मत प्रक्रिया जीनोम की बड़ी पैमाने की, त्रि-आयामी संरचना के साथ कैसे परस्पर क्रिया करती है? क्या क्षति केवल एक स्थिर संरचना के भीतर रहती है, या इसे ठीक करने की प्रक्रिया अपने आस-पास के स्थान को सक्रिय रूप से नया आकार देती है?
एक नया अध्ययन इस प्रश्न का समाधान करने के लिए यह देखता है कि जब मानव कोशिकाओं को पराबैमर किरणों के संपर्क में लाया जाता है तो क्या होता है और उनकी आंतरिक वास्तुकला कैसे प्रतिक्रिया देती है। पिछले शोधों ने दिखाया था कि पराबैमर किरणें जीनोम को पुनर्गठित करती हैं, लेकिन वे अध्ययन उन कोशिकाओं तक सीमित थे जो डीएनए की सामान्य रूप से मरम्मत कर सकती थीं। इससे यह बताना कठिन हो गया था कि संरचनात्मक परिवर्तन मरम्मत मशीनरी के काम करने का सीधा परिणाम थे, या केवल क्षति का एक दुष्प्रभाव थे। इस समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने विशेष रूप से मरम्मत में अक्षम कोशिकाओं का परीक्षण किया, उनकी तुलना स्वस्थ कोशिकाओं से की, और इन अवलोकनों को डीएनए लूप्स के व्यवहार के कंप्यूटर सिमुलेशन के साथ जोड़ा। उन्होंने दो प्रमुख प्रोटीनों पर ध्यान केंद्रित किया: आरएनए पॉलीमरेज़ II (RNA polymerase II), एक मशीन जो प्रोटीन बनाने के लिए जीन को पढ़ती है, और एक्सपीसी (XPC), एक प्रोटीन जो पूरे जीनोम में डीएनए क्षति के लिए एक सेंसर के रूप में कार्य करता है।
शोधकर्ताओं ने पाया कि जब पराबैमर किरणें कोशिका से टकराती हैं, तो यह एक विशिष्ट घटनाओं की श्रृंखला को सक्रिय करती है जो जीनोम की संरचना को सघन (टाइट) बना देती है। सामान्यतः, पराबैमर किरणों के संपर्क में आने से कोशिका अपनी ट्रांसक्रिप्शन प्रक्रिया को बंद कर देती है, जिससे आमतौर पर डीएनए के लूप लंबे हो जाते हैं और जीनोम ढीला हो जाता है। हालांकि, अध्ययन से पता चलता है कि मरम्मत प्रणाली इस ढीलेपन के विरुद्ध लड़ती है। आरएनए पॉलीमरेज़ II और एक्सपीसी प्रोटीन दोनों ही एंकर के रूप में कार्य करते हैं जो डीएनए लूप्स की गति को नियंत्रित करते हैं। कंप्यूटर सिमुलेशन में, जिसमें दिखाया गया था कि डीएनए को कैसे खींचा और मोड़ा जाता है, इन प्रोटीनों को लूप्स को फैलने से रोकने वाला दिखाया गया। जीनोम अधिक खुला और अव्यवस्थित होने के बजाय, इन प्रोटीनों की उपस्थिति छोटे क्रोमैटिन लूप्स और मजबूत, अधिक सुदृढ़ डोमेन की ओर ले जाती है।
यह संरचनात्मक कसाव कोई निष्क्रिय दुर्घटना नहीं है; यह कोशिका को जीवित रहने में मदद करने के लिए एक सक्रिय रणनीति प्रतीत होती है। लूप्स को छोटा रखकर और डोमेन को सुदृढ़ करके, कोशिका एक अधिक सघन वातावरण बनाती है जो मरम्मत मशीनरी के लिए क्षतिग्रस्त स्थानों को ढूंढना और ठीक करना आसान बनाता है। अध्ययन बताता है कि आरएनए पॉलीमरेज़ II केवल विशिष्ट जीनों में क्षति को ठीक करने की प्रक्रिया शुरू करने में ही मदद नहीं करता है; बल्कि यह एक जीनोम-व्यापी स्थिति बनाने में भी मदद करता है जो मरम्मत के लिए तैयार हो। इसी तरह, एक्सपीसी को केवल क्षति के एक निष्क्रिय पर्यवेक्षक के रूप में नहीं, बल्कि इस त्रि-आयामी पुनर्गठन के एक सक्रिय चालक के रूप में दिखाया गया है। निष्कर्ष संकेत देते हैं कि मरम्मत प्रक्रिया और जीनोम की संरचना गहराई से समन्वित हैं, जहाँ मरम्मत मशीनरी आनुवंशिक कोड की अखंडता को संरक्षित करने के लिए परमाणु परिदृश्य (न्यूक्लियर लैंडस्केप) को सक्रिय रूप से नया आकार देती है।
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