An architectural switch in the evolution of the γ-tubulin ring complex

एक जीवित कोशिका के भीतर के दृश्य की कल्पना करें जैसे कि एक हलचल भरा, सूक्ष्म शहर। इस शहर को व्यवस्थित और गतिशील रखने के लिए, इसे एक मजबूत आंतरिक कंकाल की आवश्यकता होती है जो 'माइक्रोट्यूब्यूल्स' (microtubules) नामक सूक्ष्म, खोखली नलिकाओं से बना हो। इन नलिकाओं को एक गगनचुंबी इमारत के स्टील गर्डर्स या एक हाई-स्पीड ट्रेन के ट्रैक के रूप में सोचें। लेकिन यहाँ पेचीदा बात यह है कि ये ट्रैक केवल कहीं से भी प्रकट नहीं होते। उन्हें अपने चारों ओर निर्माण करने के लिए एक सांचे की आवश्यकता होती है, एक मास्टर ब्लूप्रिंट जो निर्माण खंडों (building blocks) को ठीक से बताता है कि उन्हें खुद को कैसे व्यवस्थित करना है। अधिकांश जीवित चीजों में, यह ब्लूप्रिंट $\gamma$-ट्यूबुलिन रिंग कॉम्प्लेक्स (gamma-tubulin ring complex), या संक्षेप में $\gamma$-TuRC नामक एक विशेष मशीन है। यह मशीन आमतौर पर ठीक 13 लेन (या "प्रोटोफिलामेंट्स") वाले ट्रैक बनाती है। हालाँकि, प्रकृति अपवादों से भरी है। C. elegans जैसे कुछ जीव अपने ट्रैक केवल 11 लेन के साथ बनाते हैं। लंबे समय तक, वैज्ञानिक इस बात से हैरान थे: एक ही प्रकार की मशीन कैसे जान लेती है कि 13-लेन वाला हाईवे बनाने से 11-लेन वाले हाईवे में कैसे स्विच करना है? ब्लूप्रिंट का आकार क्यों बदल जाता है?

यह शोध पत्र क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (cryo-electron microscopy) नामक एक शक्तिशाली इमेजिंग तकनीक का उपयोग करके C. elegans के $\gamma$-TuRC मशीन का एक सुपर-क्लियर, 3D स्नैपशॉट लेकर इस रहस्य की गहराई में जाता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि कृमि (worm) की मशीन एक शंकु (cone) के आकार की है, जो उन 11-लेन वाले ट्रैक बनाने की आवश्यकता के साथ पूरी तरह मेल खाती है। लेकिन असली आश्चर्य यह है कि यह इसे कैसे करती है। जबकि अधिकांश मशीनें मानक पुर्जों के एक सेट का उपयोग करती हैं, कृमि के संस्करण ने अपने सामान्य गियर्स को बदल दिया है। अन्य जीवों में पाए जाने वाले मानक घटकों के बजाय, यह GCP2 नामक प्रोटीन की अतिरिक्त प्रतियों और केवल निमेटोड्स (nematodes) में पाए जाने वाले दो विशेष प्रोटीनों (GTAP-1 और GTAP-2) से बने एक अद्वितीय, चार-स्पोक वाले पहिये का उपयोग करता है। अध्ययन यह भी सुझाव देता है कि जब यह मशीन एक "ईंधन" अणु (न्यूक्लियोटाइड) को थामे नहीं होती है, तो इसके कुछ हिस्से थोड़े ढीले या अनफोल्डेड (unfolded) दिखाई देते हैं, जो संकेत देता है कि ईंधन ही संरचना को कठोर और काम करने के लिए तैयार रखता है।

शायद सबसे दिलचस्प मोड़ तब आता है जब वैज्ञानिकों ने उस अद्वितीय चार-स्पोक वाले पहिये को लेकर टेस्ट ट्यूब में परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि ये पहिये वास्तव में 13-लेन वाले टेम्पलेट (जो "मानक" आकार है) को बनाने के लिए जुड़ सकते हैं, न कि उस 11-लेन वाले आकार के लिए जिसका उपयोग कृमि प्रकृति में करता है। यह सुझाव देता है कि मशीन अविश्वसनीय रूप से लचीली है; इसमें अलग-अलग आकार बनाने की क्षमता है, लेकिन कृमि में, विशिष्ट भागों को 11-लेन मोड में लॉक करने के लिए पुन: उपयोग किया गया है। यह शोध पत्र यह दावा नहीं करता है कि इसने कोशिकाएं अपने कंकालों का निर्माण कैसे करती हैं, इसके हर रहस्य को सुलझा लिया है, लेकिन यह एक स्पष्ट संरचनात्मक ब्लूप्रिंट प्रदान करता है कि कैसे एक विशिष्ट जीव एक गैर-मानक, 11-लेन वाले माइक्रोट्यूब्यूल को बनाने के लिए अपने उपकरणों को अनुकूलित करता है, जो हमें दिखाता है कि कैसे विकास (evolution) एक सार्वभौमिक मशीन के साथ छेड़छाड़ करके कुछ नया बना सकता है।