Transmembrane aminopeptidase Q (Taqpep) is a common mechanism in the establishment of periodic patterning in skin and intestine

अपने शरीर की कल्पना एक हलचल भरे शहर के रूप में करें। इस शहर में, दो बहुत अलग पड़ोस हैं: त्वचा (Skin), जो एक सपाट, विस्तृत पार्क की तरह है जहाँ पेड़ों (बालों के रोम/हेयर फॉलिकल्स) को एक आदर्श, समान रूप से दूरी पर लगे ग्रिड में लगाया जाना चाहिए, और आंत (Intestine), जो एक लंबी, घुमावदार सुरंग है जहाँ सुरक्षा गार्डों (तंत्रिका कोशिकाओं/नर्व सेल्स) को यातायात को सुचारू रूप से चलाने के लिए व्यवस्थित, लयबद्ध पंक्तियों में खड़ा होना चाहिए।

लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने सोचा था कि त्वचा पार्क में पेड़ों को व्यवस्थित करने वाला "फोरमैन" (सुपरवाइजर) वह व्यक्ति बिल्कुल अलग था जिसने आंत सुरंग में गार्डों को लाइन में खड़ा किया था। लेकिन यह नया अध्ययन सुझाव देता है कि वे वास्तव में एक ही फोरमैन हो सकते हैं, और उसका नाम Taqpep है।

"धब्बेदार बिल्ली" का सुराग

कहानी बिल्लियों से शुरू होती है। आपने शायद एक टैबी बिल्ली देखी होगी जिसमें साफ, घूमते हुए निशान (स्ट्राइप्स) होते हैं। लेकिन कुछ बिल्लियों के कोट "धब्बेदार" या "मार्बल" जैसे होते हैं जहाँ निशान अस्त-व्यस्त, गुच्छेदार या पूरी तरह से गायब होते हैं। वैज्ञानिकों ने पाया कि इन बिल्लियों में Taqpep जीन का एक टूटा हुआ संस्करण होता है। यह पता चला कि Taqpep वह बॉस है जो त्वचा को बताता है, "ठीक है, धारियाँ यहाँ जाएँगी, और खाली जगह वहाँ होगी।"

बड़ा सवाल यह था: क्या यही बॉस आंत में तंत्रिका कोशिकाओं को व्यवस्थित करने के लिए भी आता है, या यह पूरी तरह से कोई अलग काम है?

जासूसी का काम: फोरमैन को खोजना

स्टैनफोर्ड की एक टीम के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने चूहे के शरीर में जासूस खेलने का निर्णय लिया। वे देखना चाहते थे कि क्या Taqpep आंत को व्यवस्थित करने के लिए सही स्थानों और सही समय पर मौजूद है।

उन्होंने पाया कि विकसित होते चूहे की आंत में Taqpep वास्तव में मौजूद है। लेकिन यहाँ एक मोड़ है: यह तंत्रिका कोशिकाओं के अंदर नहीं है। इसके बजाय, यह सेरोसा (serosa) में रह रहा है, जो आंतों की नली के बाहर लिपटी एक पतली, बाहरी परत है। इसे एक ऐसे फोरमैन की तरह समझें जो इमारत के बाहर मचान (scaffolding) पर खड़ा है, और अंदर काम करने वाले मजदूरों को निर्देश चिल्लाकर दे रहा है।

महत्वपूर्ण रूप से, पेपर दिखाता है कि Taqpep इस बाहरी परत में तंत्रिका धारियों के बनने से ठीक पहले दिखाई देता है। यह ठीक उसी क्षण वहाँ होता है जब धारियों के लिए "ब्लूप्रिंट" बनाया जा रहा होता है।

प्रयोग: फोरमैन को तोड़ना

यह देखने के लिए कि क्या यह फोरमैन वास्तव में आवश्यक था, वैज्ञानिकों ने चूहे में Taqpep जीन का एक "टूटा हुआ" संस्करण बनाने के लिए CRISPR नामक उपकरण का उपयोग किया। उन्होंने ऐसे चूहे बनाए जो कार्यात्मक Taqpep बिल्कुल भी नहीं बना सकते थे।

त्वचा के साथ क्या हुआ?
धब्बेदार बिल्लियों की तरह ही, उत्परिवर्ती (mutant) चूहों के बालों के रोम (हेयर फॉलिकल्स) भी बिगड़े हुए थे। साफ, समान रूप से दूरी पर स्थित बिंदुओं के बजाय, शुरुआती बाल के उभार (हेयर बड्स) आपस में गुच्छेदार, अनियमित आकार के और असमान दूरी पर थे। पेपर पुष्टि करता है कि बिना Taqpep के, त्वचा का पैटर्न अनियंत्रित हो जाता है।

आंत के साथ क्या हुआ?
यह बड़ी खोज थी। उत्परिवर्ती चूहों में, आंत की तंत्रिका धारियाँ भी टूट गई थीं।

• अच्छी खबर: तंत्रिका कोशिकाओं की कुल संख्या में कोई बदलाव नहीं हुआ। "गार्ड" अभी भी वहीं थे।
• बुरी खबर: उनकी दूरी (spacing) अराजक थी। सामान्य चूहों में, तंत्रिका धारियों के बीच की दूरी बहुत सुसंगत होती है (मुख्यतः 200 और 300 माइक्रोन के बीच)। उत्परिवर्ती चूहों में, धारियाँ या तो बहुत करीब गुच्छे में थीं (100 माइक्रोन से कम) या बहुत दूर फैली हुई थीं (400 माइक्रोन से अधिक)।

पेपर स्पष्ट रूप से इस बात को खारिज करता है कि चूहों में कोई अन्य बड़ी समस्या थी। उनकी आंतें सामान्य चूहों जितनी ही लंबी थीं, और मांसपेशियों की दीवारें भी समान मोटाई की थीं। केवल एक ही चीज़ "टूटी" हुई थी: तंत्रिकाओं का पैटर्न।

यह कैसे काम करता है? (Wnt कनेक्शन)

तो, आंत के बाहर का एक प्रोटीन अंदर की तंत्रिकाओं को यह कैसे बताता है कि उन्हें कहाँ खड़ा होना है? पेपर सुझाव देता है कि यह Wnt नामक एक रासायनिक संकेत के माध्यम से काम करता है।

Wnt को एक "दूर रहो" या "यहाँ आओ" संकेत के रूप में समझें जो ऊतक (tissue) के माध्यम से लहरों की तरह फैलता है। सामान्य चूहों में, Taqpep इन लहरों को प्रबंधित करने में मदद करता है ताकि वे एक आदर्श लय बना सकें। उत्परिवर्ती चूहों में, पेपर ने पाया कि तंत्रिका कोशिकाएं इन Wnt संकेतों के प्रति बहुत अधिक प्रतिक्रिया दे रही थीं। लेखक सुझाव देते हैं कि बिना Taqpep के संकेतों को नियंत्रण में रखने के, लहरें अस्त-व्यस्त हो जाती हैं, जिससे तंत्रिका धारियाँ या तो गुच्छे में आ जाती हैं या बेतरतीब ढंग से फैल जाती हैं।

इसका क्या अर्थ है (और क्या नहीं है)

पेपर निष्कर्ष निकालता है कि Taqpep एक "सामान्य और संरक्षित मध्यस्थ" (common and conserved mediator) है। इसका मतलब है कि यह एक सार्वभौमिक उपकरण है जिसका उपयोग प्रकृति पैटर्न बनाने के लिए करती है, चाहे वह बिल्ली के फर हों, चूहे के बाल हों, या आंत की तंत्रिकाएँ।

हालाँकि, लेखक कुछ बातों पर सावधानी बरतते हैं:

• वे सटीक तंत्र (mechanism) नहीं जानते: वे सुझाव देते हैं कि Tाqpep एक कैंची की तरह कार्य कर सकता है, जो Wnt संकेतों को काटता है ताकि यह नियंत्रित किया जा सके कि वे कितनी दूर तक यात्रा करते हैं, लेकिन उन्होंने अभी तक यह साबित नहीं किया है कि यह कैसे काटता है।
• आकार मायने रखता है: पेपर बताता है कि त्वचा सपाट (2D) है, इसलिए पैटर्न धब्बों के ग्रिड जैसा दिखता है। आंत एक ट्यूब (1D) है, इसलिए पैटर्न धारियों जैसा दिखता है। एक ही टूटा हुआ फोरमैन अलग-अलग दिखने वाला बिखराव पैदा करता है क्योंकि "निर्माण स्थल" का आकार अलग होता है।
• यह अभी इलाज नहीं है: हालांकि पैटर्न थोड़ा हिरशप्रंग रोग (Hirschsprung's disease) जैसी स्थिति जैसा दिखता है (जहाँ आंत के कुछ हिस्सों में तंत्रिकाएं नहीं होतीं), पेपर यह दावा नहीं करता है कि यह एक नया उपचार है या इन चूहों को यह बीमारी है। यह केवल इतना कहता है कि "स्किप लीशन्स" (पैटर्न के बीच के अंतराल) समान दिखते हैं।

संक्षेप में, यह अध्ययन बताता है कि एक ही जीन, Taqpep, त्वचा और आंत दोनों में पैटर्न के लिए एक मास्टर ऑर्गनाइज़र के रूप में कार्य करता है, जो संभवतः रासायनिक संकेतों के वॉल्यूम को ट्यून करके। जब जीन टूट जाता है, तो लय टूट जाती है, और शरीर के सुंदर पैटर्न एक अराजक ढेर में बदल जाते हैं।