Inward and Outward Tethers Read Out the Spontaneous Curvature of Cellular Membranes

कोशिका की कल्पना एक हलचल भरे शहर के रूप में करें, लेकिन कंक्रीट की सड़कों और ईंट की इमारतों के बजाय, सब कुछ वसा से बने एक विशाल, लचीले बुलबुले में लिपटा हुआ है। यह बुलबुला, जिसे कोशिका झिल्ली (सेल मेम्ब्रेन) कहा जाता है, केवल एक स्थिर दीवार नहीं है; यह एक गतिशील, आकार बदलने वाली त्वचा है जो लगातार मुड़ती, झुकती और मुड़ती रहती है ताकि कोशिका खा सके, चल सके और अपने पड़ोसियों से बात कर सके। इस त्वचा के काम करने के तरीके को समझने के लिए, वैज्ञानिक "स्पोंटेनियस कर्वेचर" (स्वैच्छिक वक्रता) नामक गुण को देखते हैं। इसे कपड़े के एक टुकड़े के प्राकृतिक "व्यक्तित्व" की तरह समझें। कुछ कपड़ों का स्वभाव सपाट रहने का होता है, जबकि अन्य का स्वाभाविक झुकाव एक ट्यूब या गेंद के रूप में मुड़ने का होता है, भले ही कोई उन्हें खींच न रहा हो। कोशिकाओं की दुनिया में, यह "मुड़ने की इच्छा" अत्यंत महत्वपूर्ण है। यह वह अदृश्य बल है जो कोशिका को संदेश भेजने या भोजन निगलने के लिए छोटे बुलबुले अलग करने में मदद करता है। हालाँकि, एक वास्तविक, अव्यवस्थित जीवित कोशिका में इस इच्छा को मापना, तूफान के बीच खड़े होकर बादल के वजन का अनुमान लगाने जैसा रहा है। कोशिका झिल्ली विभिन्न वसा और प्रोटीन का एक अराजक मिश्रण है, जिससे यह बताना अविश्वसनीय रूप से कठिन हो जाता है कि क्या कोई वक्रता सामग्री के कारण हो रही है या केवल इसलिए क्योंकि कोई चीज़ उस पर दबाव डाल रही है।

यह शोध पत्र उस प्राकृतिक "मुड़ने की इच्छा" को अराजकता में खोए बिना मापने का एक चतुर नया तरीका पेश करता है। शोधकर्ताओं ने एक ऐसी विधि विकसित की है जो रस्साकशी की तरह काम करती है, लेकिन दो टीमों द्वारा रस्सी खींचने के बजाय, वे एक सूक्ष्म बंधन (झिल्ली का एक पतला धागा) को दो विपरीत दिशाओं में खींचते हैं: एक उसे कोशिका के केंद्र की ओर अंदर खींचता है, और दूसरा उसे केंद्र से दूर बाहर की ओर खींचता है। उन्होंने इसका परीक्षण वास्तविक कोशिका झिल्ली से बने विशाल बुलबुलों, जिन्हें GPMVs कहा जाता है, पर किया और कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करके अपने परिणामों की जाँच की।

यहाँ वह जादू का खेल है जो उन्होंने खोजा: जब आप एक समान झिल्ली से एक बंधन (टेदर) को खींचते हैं, तो उसे अंदर खींचने के लिए आवश्यक बल, उसे बाहर खींचने के लिए आवश्यक बल से भिन्न होता है। इन दोनों बलों के बीच का अंतर झिल्ली की स्पोंटेनियस कर्वेचर का सीधा संकेत देता है, और आश्चर्यजनक रूप से, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि झिल्ली कितनी कसकर खींची गई है (तनाव)। इससे भी बेहतर, उन्होंने पाया कि यह विधि तब भी काम करती है जब झिल्ली विभिन्न सामग्रियों का एक अव्यवस्थित मिश्रण हो। एक विषम (मिश्रित) झिल्ली में, यह विधि अराजकता से भ्रमित नहीं होती है; इसके बजाय, यह पूरे मिश्रण के औसत "वक्रता व्यक्तित्व" को देती है, और प्रत्येक व्यक्तिगत अणु की विशिष्ट व्यवस्था के सूक्ष्म विवरणों को अनदेखा कर देती है।

जब उन्होंने इसे HEK कोशिकाओं (प्रयोगशालाओं में उपयोग की जाने वाली मानव कोशिकाओं का एक सामान्य प्रकार) से ली गई झिल्लियों पर लागू किया, तो उन्हें एक आधारभूत परिणाम मिला: प्लाज्मा झिल्ली की प्राकृतिक अवस्था अंदर की ओर मुड़ने की इच्छा रखती है। यह एक ऋणात्मक स्पोंटेनियस कर्वेचर है। अपने तरीके को सिद्ध करने के लिए, उन्होंने झिल्ली के वातावरण के साथ प्रयोग किया। जब उन्होंने बाहर से सुक्रोज जोड़ा या एनेक्सिन A5 नामक प्रोटीन पेश किया, तो झिल्ली का प्राकृतिक वक्र एक अनुमानित तरीके से बदला। हालाँकि, जब उन्होंने म्यूसिन नामक प्रोटीन को अत्यधिक अभिव्यक्त (ओवरएक्सप्रेस) किया, तो परीक्षण की स्थितियों के तहत इसने वक्रता को बिल्कुल भी नहीं बदला।

टीम ने व्यक्तिगत प्रोटीनों के "कर्वेचर इम्प्रीट" (वक्रता छाप) को मापने के लिए भी इस सेटअप का उपयोग किया—अर्थात, एक विशिष्ट प्रोटीन झिल्ली को कितना मोड़ना पसंद करता है। उन्होंने एनेक्सिन A5 के विरुद्ध इसका परीक्षण किया और पाया कि उनके नए तरीके ने परमाणु-स्तर के पिछले, अत्यधिक विस्तृत कंप्यूटर सिमुलेशन के साथ बहुत करीब से मेल खाने वाले परिणाम दिए। यह सुझाव देता है कि यह विधि विश्वसनीय है कि प्रोटीन झिल्ली के आकार को कैसे प्रभावित करते हैं। स्पोंटेनियस कर्वेचर को एक भ्रमित करने वाली सैद्धांतिक अवधारणा से सीधे मापने योग्य संख्या में बदलकर, यह कार्य वैज्ञानिकों के लिए घावों को भरने से लेकर वायरस से लड़ने तक, सभी प्रकार की जैविक प्रक्रियाओं के दौरान कोशिकाएं अपनी त्वचा को कैसे नया आकार देती हैं, इसका मात्रात्मक अध्ययन करने का मार्ग खोलता है।