Native in situ architecture of the human inactive X chromosome revealed by correlative light and electron microscopy
यह अध्ययन मानव निष्क्रिय X गुणसूत्र की मूल अल्ट्रास्ट्रक्चरल वास्तुकला को प्रकट करने के लिए कोरिलेटिव लाइट एंड इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (CLEM) का उपयोग करता है, जो यह प्रदर्शित करता है कि जबकि इसके हेटरोक्रोमैटिन डोमेन ऑटोसोमल क्षेत्रों की तुलना में बड़े हैं, वे समान क्रोमैटिन घनत्व और एक विशिष्ट इंटरक्रोमैटिन कम्पार्टमेंट नेटवर्क प्रदर्शित करते हैं।
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लगभग हर मानव कोशिका के केंद्रक (न्यूक्लियस) के भीतर निर्देशों का एक जटिल पुस्तकालय स्थित है, जो डीएनए नामक एक अणु में लिखा गया है। इस विशाल आनुवंशिक सामग्री को इतने छोटे स्थान में फिट करने के लिए, डीएनए को प्रोटीन स्पूल के चारों ओर लपेटा जाता है और क्रोमैटिन नामक घने गुच्छों में मोड़ा जाता है। केंद्रक के अधिकांश हिस्सों में, यह पैकेजिंग ढीली और सुलभ होती है, जिससे कोशिका अपनी आवश्यक जीनों को पढ़ पाती है। हालाँकि, महिला कोशिकाओं में, दो एक्स (X) गुणसूत्रों में से एक को जानबूझकर बंद कर दिया जाता है और एक घने, शांत ब्लॉक में पैक कर दिया जाता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि आनुवंशिक खुराक पुरुषों की कोशिकाओं के समान हो। इस निष्क्रिय गुणसूत्र को, जिसे अक्सर बैर बॉडी (Barr body) कहा जाता है, लंबे समय से कसकर संकुचित माना जाता रहा है, लेकिन इस संकुचित संरचना का सटीक त्रि-आयामी आकार, और व्यक्तिगत प्रोटीन इकाइयों के स्तर तक यह कैसे व्यवस्थित है, एक रहस्य बना हुआ है। इस वास्तुकला को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि डीएनए जिस तरह से मुड़ता है वही निर्धारित करता है कि कौन से जीन सक्रिय हैं और कौन से शांत, यह एक ऐसी प्रक्रिया है जो विकास से लेकर रोग तक सब कुछ नियंत्रित करती है।
द दशकों से, वैज्ञानिक इस संरचना को स्पष्ट रूप से देखने के लिए संघर्ष कर रहे थे। कोशिकाओं को देखने की पारंपरिक विधियों में अक्सर उन्हें सुखा देना या ऐसे रसायनों का उपयोग करना शामिल होता है जो उनके नाजुक आंतरिक तंत्र को सिकोड़ या विकृत कर सकते हैं, ठीक वैसे ही जैसे गीले स्पंज की तस्वीर असली स्पंज से अलग दिखती है। इसे हल करने के लिए, सिंगापुर में नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने महिला मानव कोशिकाओं में निष्क्रिय एक्स गुणसूत्र को उसकी प्राकृतिक अवस्था को बदले बिना देखने का एक नया तरीका विकसित किया। उन्होंने एक ऐसी तकनीक का उपयोग किया जो लाइट माइक्रोस्कोपी, जो विशिष्ट लक्ष्यों को पहचान सकती है, को इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के साथ जोड़ती है, जो अत्यधिक आवर्धन (मैग्निफिकेशन) प्रदान करती है। उस विशिष्ट गुणसूत्र को खोजने के लिए जिसमें वे रुचि रखते थे, उन्होंने एक प्रोटीन को टैग किया जो स्वाभाविक रूप से निष्क्रिय एक्स गुणसूत्र पर जमा होता है, उसे एक फ्लोरोसेंट मार्कर के साथ जो लाइट माइक्रोस्कोप के नीचे चमकता है। इसने उन्हें कोशिका में गुणसूत्र के सटीक स्थान को खोजने में मदद की। इसके बाद उन्होंने इसकी जांच करने के लिए दो अलग-अलग दृष्टिकोणों का उपयोग किया: एक जिसने इलेक्ट्रॉन छवियों में गुणसूत्र को उभारने के लिए एक रासायनिक प्रतिक्रिया का उपयोग किया, और दूसरा जिसने कोशिकाओं को उनकी लगभग मूल, जलयोजित (हाइड्रेटेड) अवस्था में संरक्षित करने के लिए उन्हें फ्लैश-फ्रीज किया।
टीम ने पाया कि हालांकि निष्क्रिय एक्स गुणसूत्र वास्तव में एक विशाल, सघन डोमेन है, इसकी आंतरिक सघनता उतनी समान या पहले की तुलना में उतनी कसकर पैक नहीं है जितनी मानी जाती थी। जब उन्होंने इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी के नीचे गुणसूत्र को देखा, तो उन्होंने पाया कि यह डीएनए का एक ठोस ब्लॉक नहीं है। इसके बजाय, यह एक स्पंज जैसी संरचना है जो खाली स्थानों के नेटवर्क से भरी हुई है। ये स्थान, जिन्हें शोधकर्ता इंटरक्रोमैटिन कंपार्टमेंट्स कहते हैं, पूरे गुणसूत्र में बुने हुए बड़े खोखलेपन और छोटे चैनलों की एक प्रणाली बनाते हैं। यह नेटवर्क गुणसूत्र को केंद्रक के भीतर की मशीनरी के लिए सुलभ बनाए रखने की अनुमति देता है, भले ही वह काफी हद तक शांत हो। शोधकर्ताओं ने इस संरचना के भीतर डीएनए फाइबर की चौड़ाई को मापा और पाया कि वे बहुत अधिक भिन्न होते हैं, जो बहुत पतले धागों से लेकर मोटे गुच्छों तक होते हैं, और इसमें कोई एक, दोहराव वाला पैटर्न (जैसे मुड़ी हुई सीढ़ी) नहीं होता है। यह सुझाव देता है कि गुणसूत्र किसी एकल, कठोर आकार में नहीं मुड़ता है बल्कि एक लचीली, अनियमित व्यवस्था अपनाता है।
एक आश्चर्यजनक खोज यह थी कि इस निष्क्रिय गुणसूत्र के भीतर डीएनए की सघनता केंद्रक के अन्य हिस्सों में पाए जाने वाले कसकर पैक किए गए डीएनए की सघनता से काफी भिन्न नहीं है। यह इस पुराने विचार को चुनौती देता है कि निष्क्रिय एक्स गुणसूत्र केवल सक्रिय डीएनए का अधिक कसकर लिपटा हुआ संस्करण है। इसके बजाय, शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि गुणसूत्र अधिक सघन इसलिए दिखाई देता है क्योंकि डीएनए के बड़े, घने क्लस्टर एक-दूसरे के करीब धकेल दिए जाते हैं, जिससे उनके बीच का स्थान कम हो जाता है, न कि इसलिए कि डीएनए स्वयं सूक्ष्म स्तर पर अधिक कसकर लिपटा हुआ है। उन्होंने यह भी देखा कि निष्क्रिय गुणसूत्र अक्सर केंद्रक की आंतरिक दीवार, जिसे परमाणु आवरण (न्यूक्लियर एनवेलप) कहा जाता है, को छूता है, और कभी-कभी न्यूक्लियोलस के पास पाया जाता है, जो प्रोटीन बनाने में शामिल एक संरचना है। कुछ मामलों में, उन्होंने खाली स्थानों के भीतर अणुओं के बड़े, गोल क्लस्टर देखे, जो उन कुछ जीनों से संबंधित हो सकते हैं जो सक्रिय रहते हैं या उन विशिष्ट आरएनए (RNA) अणुओं से जो गुणसूत्र को शांत करने में मदद करते हैं।
इन उन्नत इमेजिंग तकनीकों का उपयोग करके, शोधकर्ता अभूतपूर्व विवरण के साथ निष्क्रिय एक्स गुणसूत्र के त्रि-आयामी परिदृश्य का मानचित्रण करने में सक्षम हुए। उन्होंने दिखाया कि अत्यधिक शांत अवस्था में भी, गुणसूत्र एक जटिल आंतरिक वास्तुकला बनाए रखता है जिसमें चैनल और खोखले स्थान होते हैं जो इसे शेष केंद्रक से जोड़ते हैं। यह कार्य कि कोशिका अपने आनुवंशिक पदार्थ को कैसे व्यवस्थित करती है, इसका एक स्पष्ट चित्र प्रदान करता है, यह प्रकट करता है कि निष्क्रिय एक्स गुणसूत्र की शांति डीएनए को एक ठोस द्रव्यमान में कुचलकर नहीं, बल्कि इसे एक विशिष्ट, छिद्रपूर्ण संरचना में व्यवस्थित करके बनाए रखी जाती है जो इसे जीनोम के सक्रिय क्षेत्रों से अलग रखती है।
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