Calcium signals at cytoneme contacts amplify Wnt/β-catenin signalling
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि साइटोनिम संपर्क स्थलों पर फोकल कैल्शियम ट्रांजिएंट्स (focal calcium transients), Wnt सिग्नलिंग के साथ एक पॉजिटिव फीडबैक लूप के माध्यम से E-cadherin द्वारा कोशिका-कोशिका आसंजन (cell-cell adhesion) को स्थिर करते हैं, जिससे कुशल लिगैंड स्थानांतरण सुगम होता है और कैनोनिकल Wnt/β-कैटेनिन मार्ग (canonical Wnt/β-catenin pathway) के सक्रियण को बढ़ाता है।
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हमारे शरीर की कोशिकाएं लगातार एक-दूसरे से बात करती रहती हैं, रासायनिक संदेश भेजती हैं जो उन्हें बताती हैं कि कब बढ़ना है, कब हिलना है और ऊतकों (tissues) में खुद को कैसे व्यवस्थित करना है। इस बातचीत में सबसे महत्वपूर्ण संदेशवाहकों में से एक 'Wnt' नामक प्रोटीन है। चूंकि Wnt चिकना और चिपचिपा होता है, इसलिए यह हवा में बहती खुशबू की तरह कोशिकाओं के बीच के जलीय स्थानों में आसानी से नहीं तैर सकता। इसके बजाय, इसे एक वितरण वाहन (delivery vehicle) की आवश्यकता होती है। वैज्ञानिकों ने खोजा है कि कोशिकाएं अपने पड़ोसियों तक पहुँचने के लिए 'साइटोनीम्स' (cytonemes) नामक पतली, उंगली जैसी संरचनाएं विकसित करती हैं, जो इन संदेशों को पास करने के लिए सीधे पाइपलाइन के रूप में कार्य करती हैं। हालाँकि, एक बड़ा रहस्य बना हुआ था: जब एक साइटोनीम किसी दूसरी कोशिका को छूता है, तो प्राप्त करने वाली कोशिका को यह कैसे पता चलता है कि यह एक वास्तविक संदेश है और न कि केवल एक क्षणिक, आकस्मिक स्पर्श? बिना संपर्क को सत्यापित करने के तरीके के, संकेत काम करने से पहले ही लुप्त हो सकता है।
एक्सेटर विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने अब इस प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण चरण का खुलासा किया है। उन्होंने पाया कि जब Wnt संदेश ले जाने वाला एक साइटोनीम किसी प्राप्त करने वाली कोशिका को छूता है, तो यह संपर्क बिंदु पर कैल्शियम की एक छोटी, तीव्र चमक (flash) को सक्रिय करता है। यह चमक एक सुरक्षा जांच की तरह कार्य करती है, जो पुष्टि करती है कि कनेक्शन वास्तविक है। एक बार जब यह कैल्शियम संकेत सक्रिय हो जाता है, तो यह दोनों कोशिकाओं को एक साथ अधिक मजबूती से जोड़ने में मदद करता है, जिससे Wnt संदेश को कुशलतापूर्वक स्थानांतरित करना और विकास एवं विकास के लिए आवश्यक जीन को सक्रिय करना संभव हो पाता है। टीम ने दिखाया कि इस कैल्शियम फ्लैश के बिना, संपर्क कमजोर रहता है और संदेश सफलतापूर्वक पार नहीं हो पाता।
इसे होते हुए देखने के लिए, वैज्ञानिकों ने प्रयोगशाला में उगाई गई मानव कोशिकाओं का उपयोग किया, जो इन सूक्ष्म संरचनाओं को क्रिया में देखने के लिए उत्कृष्ट हैं। उन्होंने देखा कि ये कोशिकाएं लंबी, पतली तंतु (filaments) भेजती हैं जो Wnt प्रोटीन और उसे प्राप्त करने के लिए आवश्यक मशीनरी को ले जाती हैं। जब इन तंतुओं ने पड़ोसी कोशिका को छुआ, तो शोधकर्ताओं ने देखा कि ठीक उसी स्थान पर जहाँ दोनों झिल्लियाँ (membranes) मिली थीं, कैल्शियम के स्तर में अचानक स्थानीय उछाल आया। यह कोई यादृच्छिक घटना नहीं थी; यह विशेष रूप से तब हुआ जब Wnt ले जाने वाला तंतु संपर्क में आया। शोधकर्ताओं ने पाया कि यदि वे कैल्शियम को कोशिका में प्रवेश करने से रोक देते हैं, तो कोशिकाओं के बीच का संपर्क अस्थिर हो जाता है और जल्दी ही टूट जाता है। इसके विपरीत, जब उन्होंने कैल्शियम के स्तर को बढ़ाया, तो कोशिकाएं एक-दूसरे से लंबे समय तक जुड़ी रहीं, जिससे Wnt संकेत को पार करने के लिए पर्याप्त समय मिल गया।
अध्ययन ने खुलासा किया कि यह कैल्शियम फ्लैश केवल कोशिकाओं को थामे रखने का काम ही नहीं करता है, बल्कि यह संपर्क स्थल पर 'E-cadherin' नामक एक चिपचिपे प्रोटीन को भी सक्रिय रूप से बुलाता है। यह प्रोटीन एक आणविक गोंद (molecular glue) की तरह कार्य करता है, जो दोनों कोशिकाओं के बीच के संबंध को मजबूत करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि Wnt की उपस्थिति और कैल्शियम फ्लैश मिलकर इस गोंद को जंक्शन (junction) तक लाने का काम करते हैं। जब गोंद मौजूद होता है, तो कोशिकाएं एक स्थिर सेतु (bridge) बनाती हैं, और प्राप्त करने वाली कोशिका सफलतापूर्वक Wnt संकेत को एक जटिल संरचना (complex) में एकत्र करती है जो विशिष्ट जीन को चालू करने के लिए उसके केंद्रक (nucleus) तक जाता है। टीम ने यह भी पुष्टि की कि जब उन्होंने कोशिकाओं में E-cadherin की मात्रा बढ़ाई, तो संपर्क की स्थिरता में सुधार हुआ, जिससे केंद्रक तक पहुँचने वाले Wnt संकेत में उल्लेखनीय वृद्धि हुई।
यह खोज कोशिका संकेतन (cell signaling) की दो प्रमुख शाखाओं के बीच के संबंध के बारे में हमारी समझ को बदल देती है। लंबे समय तक, वैज्ञानिक मानते थे कि कैल्शियम मार्ग और Wnt विकास मार्ग एक-दूसरे के विरुद्ध कार्य करते हैं, जिसमें एक दूसरे को बंद कर देता है। यह नया कार्य बताता है कि संपर्क के ठीक उस क्षण में, वे वास्तव में मिलकर काम करते हैं। कैल्शियम संकेत विकास के संदेश को बंद नहीं करता है; इसके बजाय, यह उसे प्रमाणित करता है। यह सुनिश्चित करता है कि केवल स्थिर, सत्यापित संपर्क ही विकास कार्यक्रम को सक्रिय करें। यह तंत्र कोशिकाओं को हर यादृच्छिक स्पर्श पर प्रतिक्रिया करने से रोकता है, यह सुनिश्चित करता है कि वे केवल अपने पड़ोसियों से प्राप्त वास्तविक, निरंतर संकेतों पर ही प्रतिक्रिया दें।
शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं में कैल्शियम और Wnt के स्तर में हेरफेर करके इन निष्कर्षों की पुष्टि की। उन्होंने पाया कि अतिरिक्त Wnt प्रोटीन जोड़ने से संपर्क बिंदुओं पर कैल्शियम फ्लैश की शक्ति बढ़ गई। उन्होंने यह भी दिखाया कि जब उन्होंने Wnt के साथ चिपचिपे E-cadherin प्रोटीन के स्तर को बढ़ाया, तो कोशिकाएं एक-दूसरे से अधिक प्रभावी ढंग से जुड़ी रहीं, जिसके परिणामस्वरूप प्राप्त करने वाली कोशिकाओं में बहुत मजबूत Wnt संकेत मिला। यह सिद्ध करता है कि कैल्शियम फ्लैश वह ट्रिगर है, और चिपचिपा प्रोटीन वह आवश्यक उपकरण है जो संबंध को टिकाऊ बनाता है। टीम ने निष्कर्ष निकाला कि यह प्रक्रिया एक द्वारपाल (gatekeeper) के रूप में कार्य करती है, जो एक संक्षिप्त, अन्वेषणात्मक स्पर्श को कोशिकाओं के बीच एक स्थायी, उत्पादक बातचीत में बदल देती है।
इस घटनाओं के क्रम को मैप करके, अध्ययन यह स्पष्ट चित्र प्रदान करता है कि कोशिकाएं शोर (noise) और एक वास्तविक संदेश के बीच अंतर कैसे करती हैं। यह दिखाता है कि केवल छूना ही पर्याप्त नहीं है; कोशिका को संपर्क को मान्य करने के लिए एक विशिष्ट रासायनिक प्रतिक्रिया भी उत्पन्न करनी चाहिए। यह स्थानीय कैल्शियम संकेत एक पुष्टिकरण कोड के रूप में कार्य करता है, यह सुनिश्चित करता है कि विकास के लिए आवश्यक जटिल मशीनरी केवल तभी असेंबल की जाए जब एक विश्वसनीय संबंध स्थापित हो गया हो। नियंत्रण का यह स्तर स्वस्थ ऊतकों के निर्माण के लिए और बीमारी का कारण बनने वाली त्रुटियों को रोकने के लिए आवश्यक है, जो कि यह बताता है कि कोशिकाएं शरीर का निर्माण कैसे करती हैं, इसके सटीक नियमों की एक नई समझ प्रदान करता है।
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