Mechanism and regulation of Bim1 interactions withthe S. cerevisiae outer kinetochore Ndc80 complex
यह अध्ययन प्रकट करता है कि माइक्रोट्यूब्यूल प्लस-एंड ट्रैकिंग प्रोटीन Bim1, एक संरक्षित SxIP मोटिफ और एक माध्यमिक हेलिकल साइट के माध्यम से S. cerevisiae Ndc80 कॉम्प्लेक्स के साथ परस्पर क्रिया करता है ताकि माइक्रोट्यूब्यूल जुड़ाव को मजबूत किया जा सके, जो कि त्रुटि सुधार के दौरान त्रुटिपूर्ण किनेटोकोर-माइक्रोट्यूब्यूल कनेक्शनों के अस्थिरीकरण को सुगम बनाने के लिए Ipl1/Aurora B काइनेज-मध्यस्थ फॉस्फोराइलेशन द्वारा विनियमित एक प्रक्रिया है।
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प्रत्येक विभाजित होने वाली कोशिका के भीतर, एक सूक्ष्म मशीन निरंतर सटीकता के साथ काम करती है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि आनुवंशिक सामग्री दो नई पुत्री कोशिकाओं के बीच समान रूप से कॉपी और विभाजित हो जाए। यह मशीन 'काइनेटोकोर' (kinetochore) नामक एक संरचना पर निर्भर करती है, जो एक बड़ा प्रोटीन कॉम्प्लेक्स है जो गुणसूत्र (chromosome) पर एकत्रित होता है और एक हुक की तरह कार्य करता है, जो लंबे, धागे जैसे रेशों यानी 'माइक्रोट्यूब्यूल्स' (microtubules) को पकड़ता है। ये रेशे एक स्पिंडल (spindle) बनाते हैं जो गुणसूत्रों को अलग करते हैं। इस प्रक्रिया को बिना किसी त्रुटि के कार्य करने के लिए, काइनेटोकोर को इतना मजबूती से पकड़ना चाहिए कि वह खींचने वाले बल को सह सके, फिर भी इतना लचीला होना चाहिए कि यदि वह गलत फाइबर को पकड़ ले तो उसे छोड़ सके। कोशिकाओं में एक अंतर्निहित गुणवत्ता नियंत्रण प्रणाली होती है, जो एक विशिष्ट एंजाइम द्वारा संचालित होती है, जो इन कनेक्शनों को कमजोर कर सकती है यदि वे पूरी तरह से संरेखित नहीं हैं, जिससे कोशिका को फिर से प्रयास करने का अवसर मिलता है। हालांकि वैज्ञानिक लंबे समय से इस हुक के मुख्य भागों और उन रेशों को जानते हैं जिन्हें यह पकड़ता है, लेकिन वे पूरी तरह से यह नहीं समझ पाए हैं कि अन्य सहायक प्रोटीन इस नाजुक संतुलन में कैसे मदद करते हैं या कोशिका की गुणवत्ता नियंत्रण प्रणाली इन अंतःक्रियाओं को कैसे सूक्ष्मता से नियंत्रित करती है।
कैम्ब्रिज में एमआरसी (MRC) लैबोरेटरी ऑफ मॉलिक्यूलर बायोलॉजी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस प्रक्रिया के दो प्रमुख खिलाड़ियों के बीच एक पहले से छिपे हुए संबंध का खुलासा किया है: 'बिम1' (Bim1) नामक एक प्रोटीन और काइनेटोकोर का मुख्य हुकिंग घटक, जिसे 'एनडीसी80' (Ndc80) कॉम्प्लेक्स के रूप में जाना जाता है। बिम1 एक विशिष्ट प्रोटीन है जो स्वाभाविक रूप से माइक्रोट्यूब्यूल्स के बढ़ते सिरों की तलाश करता है, जो एक स्काउट की तरह कार्य करता है जो फाइबर के छोर को चिह्नित करता है। एनडीसी80 कॉम्प्लेक्स वह प्राथमिक संरचना है जो भौतिक रूप से गुणसूत्र को उस फाइबर से जोड़ती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि बिम1 केवल माइक्रोट्यूबूल के सिरे पर लटका नहीं रहता है; बल्कि यह आगे बढ़कर सीधे एनडीसी80 कॉम्प्लेक्स से जुड़ जाता है। यह बंधन कोई यादृच्छिक टकराव नहीं है बल्कि एनडीसी80 प्रोटीन पर मौजूद अमीनो एसिड के एक छोटे, संरक्षित अनुक्रम द्वारा मध्यस्थता किया गया एक विशिष्ट 'हैंडशेक' (हाथ मिलाना) है। अध्ययन से पता चलता है कि यह अंतःक्रिया दूसरे, कम स्पष्ट संपर्क बिंदु द्वारा मजबूत होती है, जो एक अधिक स्थिर लिंक बनाती है जो काइनेटोकोर को माइक्रोट्यूब्यूल को अधिक बल के साथ पकड़ने में मदद करती है।
इस संबंध को खोजने के लिए, वैज्ञानिकों ने एक टेस्ट ट्यूब में इन प्रोटीनों के शुद्ध संस्करणों को मिलाया और देखा कि वे कैसे व्यवहार करते हैं। उन्होंने देखा कि जब बिम1 और एनडीसी80 कॉम्प्लेक्स को मिलाया गया, तो वे आपस में जुड़ गए, जिससे एक बड़ी इकाई बनी जो व्यक्तिगत प्रोटीनों की तुलना में जेल के माध्यम से अलग तरह से चलती है। अणुओं के जुड़ने पर निकलने वाली ऊष्मा को मापने वाली एक तकनीक का उपयोग करके, उन्होंने निर्धारित किया कि यह जुड़ाव अपेक्षाकृत कमजोर है, जो वास्तव में एक दोष के बजाय एक विशेषता है। यह मध्यम शक्ति प्रोटीनों को तेजी से जुड़ने और अलग होने की अनुमति देती है, जो विभाजित होने वाली कोशिका के गतिशील वातावरण के लिए एक आवश्यक गुण है। शोधकर्ताओं ने सटीक रूप से यह देखने के लिए कि वे एक साथ कैसे फिट होते हैं, उन्नत इमेजिंग और कंप्यूटर मॉडलिंग का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि प्राथमिक पकड़ एनडीसी80 प्रोटीन के एक विशिष्ट मोटिफ (motif) द्वारा बनाई जाती है, लेकिन केवल यह पकड़ बंधन की मजबूती को समझाने के लिए पर्याप्त नहीं है। एनडीसी80 प्रोटीन का एक दूसरा क्षेत्र, जो एक छोटा हेलिकल आकार बनाता है, अतिरिक्त स्थिरता प्रदान करने के लिए बिम1 प्रोटीन के चारों ओर लिपट जाता है। यह दोहरी-बिंदु जुड़ाव ही है जो इस कॉम्प्लेक्स को कोशिका में प्रभावी ढंग से कार्य करने की अनुमति देता है।
अध्ययन ने यह भी पता लगाया कि कोशिका की त्रुटि-सुधार प्रणाली इस संबंध को कैसे प्रभावित करती है। त्रुटियों की जांच करने के लिए जिम्मेदार एंजाइम, जिसे 'आईप्ल1' (Ipl1) के रूप में जाना जाता है, एनडीसी80 प्रोटीन के विशिष्ट स्थानों पर 'फॉस्फेट' नामक रासायनिक टैग जोड़ता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब ये टैग जोड़े जाते हैं, तो एनडीसी80 प्रोटीन का आकार थोड़ा बदल जाता है, और बिम1 को थामे रखने की इसकी क्षमता काफी कमजोर हो जाती है। यह एक स्पष्ट तंत्र का सुझाव देता है कि कोशिका एक दोषपूर्ण जुड़ाव को कैसे ढीला कर सकती है: एनडीसी80 प्रोटीन को संशोधित करके, कोशिका बिम1 प्रोटीन की पकड़ को कम करती है, जिससे कनेक्शन का टूटना और रीसेट होना आसान हो जाता है। यह खोज इस बात की समझ का एक नया स्तर प्रदान करती है कि कोशिकाएं यह कैसे सुनिश्चित करती हैं कि गुणसूत्रों का पृथक्करण सही ढंग से हो, जिससे आनुवंशिक अराजकता को रोका जा सके जो रोग का कारण बन सकती है।
प्रयोगों के एक अंतिम सेट में, टीम ने परीक्षण किया कि क्या यह अंतःक्रिया वास्तव में भौतिक तनाव के तहत काइनेटोकोर को माइक्रोट्यूब्यूल को पकड़े रखने में मदद करती है। एक अत्यधिक संवेदनशील 'ऑप्टिकल ट्रैप' का उपयोग करते हुए, जो सूक्ष्म चिमटों की तरह कार्य करता है, उन्होंने एनडीसी80 कॉम्प्लेक्स को माइक्रोट्यूब्यूल से अलग करने के लिए आवश्यक बल को मापा। उन्होंने पाया कि जब बिम1 मौजूद था, तो जुड़ाव टूटने से पहले काफी अधिक बल सहन कर सकता था। हालांकि, जब उन्होंने एनडीसी80 प्रोटीन के एक ऐसे संस्करण का परीक्षण किया जो बिम1 से नहीं जुड़ सकता था, तो कनेक्शन कमजोर था। इसने पुष्टि की कि बिम1 और एनडीसी80 के बीच की अंतःक्रिया सीधे गुणसूत्र और स्पिंडल फाइबर के बीच जुड़ाव को मजबूत करती है। दिलचस्प बात यह है कि शोधकर्ताओं ने पाया कि यह सुदृढ़ीकरण प्रभाव 'डैम1' (Dam1) नामक एक अन्य सहायक प्रोटीन के साथ मिलकर और भी मजबूत बंधन नहीं बनाता है; इसके बजाय, वे अलग-अलग मार्गों के माध्यम से कार्य करते हैं या एक ही स्थान के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं।
शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए जीवित यीस्ट कोशिकाओं के भीतर क्या होता है, इसका भी अध्ययन किया कि क्या यह अंतःक्रिया जीवन के लिए आवश्यक है। उन्होंने ऐसे यीस्ट स्ट्रेन बनाए जहाँ एनडीसी80 की बिम1 से जुड़ने की क्षमता को बाधित किया गया था, या तो बाइंडिंग साइट को हटाकर या उस फॉस्फोराइलेशन की नकल करके जो बंधन को कमजोर करता है। आश्चर्यजनक रूप से, ये यीस्ट कोशिकाएं सामान्य रूप से विकसित हुईं और विभाजित हुईं, जो यह सुझाव देता है कि हालांकि यह अंतःक्रिया जुड़ाव को मजबूत करने में मदद करती है, लेकिन यह कोशिका के जीवित रहने के लिए अनिवार्य नहीं है। यह संकेत देता है कि बिम1-एनडीसी80 लिंक एक सहायक तंत्र के रूप में कार्य करता है, जो शायद प्रारंभिक जुड़ाव स्थापित करने में मदद करता है या विभाजन के शुरुआती चरणों के दौरान अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान करता है, न कि इस प्रक्रिया की एकमात्र नींव है। यह कार्य कोशिकीय मशीनरी की जटिलता को उजागर करता है, यह दिखाते हुए कि गुणसूत्र पृथक्करण जैसी अच्छी तरह से अध्ययन की गई प्रणालियाँ भी सूक्ष्म, विनियमित अंतःक्रियाओं के नेटवर्क पर निर्भर करती हैं जिनका मानचित्रण वैज्ञानिक अभी करना शुरू ही कर रहे हैं।
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