Unlocking substrate specificities of human solute carrier proteins using untargeted metabolomics

अपने शरीर की कल्पना एक हलचल भरे, उच्च-तकनीकी शहर के रूप में करें। हर कोशिका एक इमारत है, और कोशिका झिल्ली (सेल मेम्ब्रेन) उस इमारत को घेरने वाला सुरक्षा द्वार है। शहर के सुचारू संचालन के लिए, भोजन पहुँचाने, कचरा हटाने और संदेश भेजने के लिए विशिष्ट ट्रकों को इन इमारतों के अंदर और बाहर आना-जाना पड़ता है। ये ट्रक "कार्गो" हैं, और सुरक्षा द्वार "ट्रांसपोर्टर" हैं। लंबे समय से, वैज्ञानिक इन द्वारों में से कई के नाम जानते थे, लेकिन उन्हें यह नहीं पता था कि उन्हें वास्तव में किन ट्रकों को अंदर आने देना चाहिए। कुछ द्वार "अनाथ" (orphaned) थे—हमें पता था कि वे मौजूद हैं, लेकिन हमें यह नहीं पता था कि वे क्या करते हैं। अन्य "प्रॉमिसक्यूअस" (promiscuous) थे, जिसका अर्थ था कि वे केवल उन्हीं ट्रकों को नहीं, बल्कि हर तरह के रैंडम ट्रकों को अंदर आने देते थे जो उनके लिए नियुक्त किए गए थे। यह समझना कि कौन सा द्वार किस ट्रक को संभालता है, अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि यदि कोई द्वार अवरुद्ध या टूट जाता है, तो पूरा शहर बीमार हो सकता है। यह एक ट्रैफिक जाम को ठीक करने की कोशिश करने जैसा है बिना यह जाने कि कौन सा चौराहा जाम है।

अब, कल्पना करें कि आप यह पता लगाना चाहते हैं कि एक विशिष्ट, रहस्यमय सुरक्षा द्वार किसे अंदर आने देता है। पुराना तरीका यह था कि आप द्वार पर खड़े होकर किसी विशेष ट्रक के आने का इंतज़ार करते जिसकी आपको संभावना होती थी। यदि वह नहीं आता, तो आपको फिर से अनुमान लगाना पड़ता और एक अलग ट्रक आज़माना पड़ता। यह धीमा, उबाऊ है, और आप उन अजीब, अप्रत्याशित ट्रकों को मिस कर सकते हैं जो वास्तव में उस द्वार का उपयोग करते हैं। एक बेहतर विचार यह है कि आप द्वार पर एक विशाल, अराजक पार्टी आयोजित करें जहाँ शहर के हर कोने से हज़ारों अलग-अलग ट्रक एक साथ पहुँचते हैं। फिर, आप बस देखते हैं कि वास्तव में कौन से अंदर आते हैं और कौन से बाहर जाते हैं। यह बिल्कुल वही है जो वैज्ञानिकों की एक टीम ने किया, लेकिन एक शहर के बजाय, उन्होंने नन्हे मेंढक के अंडों (Xenopus oocytes) का उपयोग किया जो उनके सुरक्षा द्वार थे, और एक पार्टी के बजाय, उन्होंने मानव रक्त सीरम की एक बूंद का उपयोग किया—एक ऐसा तरल जो हज़ारों अलग-अलग अणुओं से भरा हुआ है।

इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने पांच विशिष्ट मानव ट्रांसपोर्टरों को "डी-ऑर्फ़न" (de-orphan) करने के लिए एक चतुर प्रयोग स्थापित किया। उन्होंने मेंढक के अंडों को लिया, जो स्वाभाविक रूप से बहुत शांत होते हैं और जिनमें अपने स्वयं के बहुत कम सुरक्षा द्वार होते हैं, और उनमें पांच अलग-अलग मानव ट्रांसपोर्टरों को बनाने के ब्लूप्रिंट (mRNA) इंजेक्ट किए। एक बार जब अंडों ने इन द्वारों का निर्माण करना शुरू कर दिया, तो उन्होंने उन्हें मानव रक्त सीरम में डुबो दिया। यह सीरम एक रासायनिक लाइब्रेरी की तरह है जिसमें हज़ारों विभिन्न एंडोजेनस मेटाबोलाइट्स (शरीर के प्राकृतिक निर्माण खंड) और जेनोबायोटिक्स (विदेशी पदार्थ जैसे दवाएं) मौजूद हैं। एक घंटे के बाद, वैज्ञानिकों ने अंडों के अंदर क्या था और सीरम में क्या बचा था, इसका एक स्नैपशॉट लिया। "पहले" और "बाद" की सूचियों की तुलना करके, वे देख सके कि कौन से अणु सीरम से गायब हो गए (जिसका अर्थ है कि द्वार ने उन्हें अंदर लिया) या सीरम में प्रकट हुए (जिसका अर्थ है कि द्वार ने उन्हें बाहर धकेल दिया)।

परिणाम ज्ञात तथ्यों की पुष्टि करने और कुछ आश्चर्यजनक नए मेहमानों की खोज का मिश्रण थे। एक द्वार के लिए, SLC10A2, जो बाइल एसिड (डिटर्जेंट जो आपका लिवर वसा पचाने के लिए बनाता है) को संभालता है, टीम ने सफलतापूर्वक ग्लाइकोकोलिक एसिड को अंडे के अंदर खिंचते हुए देखा। यह एक अच्छा संकेत था कि उनकी विधि काम कर रही थी। एक अन्य द्वार, SLC16A10, जो आमतौर पर सुगंधित अमीनो एसिड (प्रोटीन के निर्माण खंड) को स्थानांतरित करता है, के लिए उन्होंने अपेक्षित अमीनो एसिड जैसे ट्रिप्टोफैन और फेनिलएलनिन को अंडे से बाहर निकलते देखा। लेकिन यहाँ मजेदार हिस्सा है: उन्होंने इसी गेट के माध्यम से हिप्यूरिक एसिड और 3-फेनिललेक्टिक एसिड नामक दो नए संदिग्धों को भी पाया। ये सामान्य संदिग्ध नहीं हैं, लेकिन वे संरचनात्मक रूप से अमीनो एसिड के समान दिखते हैं, जिससे पता चलता है कि यह द्वार हमारे सोचने की तुलना में थोड़ा अधिक लचीला हो सकता है।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये नए निष्कर्ष केवल एक त्रुटि नहीं थे, वैज्ञानिकों ने "मॉलिक्यूलर डॉकिंग" नामक कंप्यूटर सिमुलेशन चलाया। कल्पना करें कि एक ताले में चाबी फिट करने की कोशिश की जा रही है; सिमुलेशन यह जाँचता है कि क्या नए अणुओं का आकार ट्रांसपोर्टर के छेद में पूरी तरह से फिट बैठता है। परिणामों ने दिखाया कि ये नए अणु ज्ञात अणुओं की तरह ही अच्छी तरह से फिट होते हैं, जबकि वे अणु जो वहां के नहीं हैं (जैसे हिस्टिडाइन और ल्यूसीन) बिल्कुल भी फिट नहीं हुए। यह सुझाव देता है कि द्वार एक विशिष्ट आकार को पहचानता है—जैसे कि एक एरोमैटिक रिंग के साथ एक कार्बोक्सिल समूह—बल्कि केवल एक विशिष्ट अमीनो एसिड के नाम को नहीं।

हालाँकि, वैज्ञानिक अपने परिणामों को लेकर बहुत उत्साहित होने से बचे रहे। उन्होंने स्वीकार किया कि उनकी विधि पूर्ण नहीं है। कुछ अपेक्षित अणु, जैसे फोलेट (एक विटामिन) और कुछ कार्बनिक अम्ल, उनके डेटा में नहीं दिखे। इसका मतलब यह नहीं है कि द्वार उन्हें स्थानांतरित नहीं करते हैं; इसका मतलब सिर्फ यह है कि उनका रासायनिक "कैमरा" उन्हें पकड़ने के लिए पर्याप्त संवेदनशील नहीं था, या निष्कर्षण प्रक्रिया ने उन्हें मिस कर दिया। उन्होंने यह भी नोट किया कि हालांकि उन्होंने कुछ द्वारों को चीजों को बाहर धकेलते हुए देखा (एफ्लक्स), जो कि ऐसे द्वार के लिए तर्कसंगत है जो दोनों दिशाओं में प्रवाह होने देता है, लेकिन यह उन द्वारों के लिए थोड़ा अजीब है जो केवल चीजों को अंदर खींचने के लिए होते हैं। उन्हें संदेह है कि यह अंडे के आसपास के सूक्ष्म, स्थानीय वातावरण में बदलाव या माध्यमिक प्रभावों के कारण हो सकता है, लेकिन उन्होंने अभी तक इस रहस्य को सुलझाने का दावा नहीं किया है।

संक्षेप में, यह शोध पत्र यह दावा नहीं करता कि उसने प्रत्येक ट्रांसपोर्टर की पहेली को सुलझा लिया है। इसके बजाय, यह एक शक्तिशाली नया उपकरण प्रदान करता है: मानव रक्त सीरम और मेंढक के अंडों से बना एक "मछली पकड़ने का जाल" जो एक साथ कई प्रकार की ट्रांसपोर्टर गतिविधियों को पकड़ सकता है। इसने ज्ञात अंतःक्रियाओं की पुष्टि की और कुछ नई अंतःक्रियाओं का सुझाव दिया, जिससे यह सिद्ध हुआ कि रक्त सीरम के पूरे अराजक सूप को देखना यह जानने का एक शानदार तरीका है कि वास्तव में इन रहस्यमय कोशिकीय द्वारों का क्या हो रहा है। यह एक कदम है जो यह अनुमान लगाने के बजाय कि पहले किस ट्रक को देखना है, एक बार में एक द्वार के माध्यम से शहर की ट्रैफिक प्रणाली को मैप करने की ओर है।