The hearing-essential intracellular domain of PCDH15 reveals a new layer of auditory mechanotransduction

मानव कान के भीतर, बाल कोशिकाओं (hair cells) की एक सूक्ष्म दुनिया ध्वनि के भौतिक कंपनों और मस्तिष्क द्वारा समझे जाने वाले विद्युत संकेतों के बीच एक सेतु का कार्य करती है। इन कोशिकाओं के कार्य करने के लिए, वे बालों जैसे सूक्ष्म गुच्छों पर निर्भर करती हैं जो ध्वनि तरंगों के टकराने पर झुक जाते हैं। इन गुच्छों के बिल्कुल सिरों पर, 'टिप लिंक्स' नामक नाजुक धागे एक बाल को दूसरे से जोड़ते हैं, जो एक यांत्रिक बंधन (mechanical tether) की तरह कार्य करते हैं। जब गुच्छ झुकता है, तो ये लिंक छोटे द्वारों को खोल देते हैं जिससे आयनों का प्रवाह अंदर हो पाता है, जिससे वह तंत्रिका आवेग (nerve impulse) उत्पन्न होता है जिसे हम सुनने के रूप में अनुभव करते हैं। जबकि वैज्ञानिक लंबे समय से यह समझते आए हैं कि यह बल बाहरी दुनिया से कोशिका की सतह तक कैसे पहुँचता है, कहानी में एक महत्वपूर्ण अंतराल बना हुआ था: एक बार जब वह बल कोशिका के भीतर पहुँच जाता है, तो क्या होता है? वह मशीनरी जो टिप लिंक के खिंचाव को कोशिकीय प्रतिक्रिया में अनुवादित करती है, काफी हद तक एक रहस्य बनी हुई थी, जिससे हमारे सुनने की प्रक्रिया की समझ में एक रिक्त स्थान रह गया था।

यह प्रश्न PCDH15 नामक एक विशिष्ट प्रोटीन के नए अन्वेषण के केंद्र में है। आंतरिक कान में, यह प्रोटीन विभिन्न संस्करणों, या आइसोफॉर्म्स (isoforms) में मौजूद होता है, और एक विशेष संस्करण, जिसे CD2 के रूप में जाना जाता है, परिपक्व स्तनधारियों में सुनने के लिए आवश्यक पाया गया है। यदि यह विशिष्ट संस्करण गायब या टूटा हुआ हो, तो सुनने की क्षमता विफल हो जाती है। फिर भी, इसके महत्व को जानने के बावजूद, शोधकर्ता यह नहीं जानते थे कि वास्तव में इस प्रोटीन का आंतरिक भाग कैसा दिखता है या यह यांत्रिक रूप से कैसे व्यवहार करता है। CD2 संस्करण में एक खंड शामिल है जो कोशिका के भीतर लटका रहता है, जिसे इंट्रासेल्यूलर डोमेन (intracellular domain) कहा जाता है, और वर्षों तक इस छिपे हुए भाग की भौतिक प्रकृति अज्ञात रही। इसकी आकृति या इसकी गति को जाने बिना, यह समझना असंभव था कि यह टिप लिंक के खिंचाव को कोशिका के आंतरिक भाग तक कैसे पहुँचाने में मदद करता है।

इसे हल करने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम ने अदृश्य को देखने के लिए कंप्यूटर विश्लेषण और भौतिक प्रयोगों के संयोजन का सहारा लिया। उन्होंने विशेष रूप से CD2 इंट्रासेल्यूलर डोमेन पर ध्यान केंद्रित किया, और 'स्मॉल-एंगल एक्स-रे स्कैटरिंग' नामक तकनीक का उपयोग किया, जो वैज्ञानिकों को विलय (solution) में अणुओं के समग्र आकार को देखने की अनुमति देती है, साथ ही अन्य बायोफिजिकल विधियों का भी उपयोग किया। उन्हें जो मिला वह आश्चर्यजनक था। एक विशिष्ट, मुड़े हुए (folded) ढांचे के बजाय, जैसा कि एक सामान्य प्रोटीन होता है, यह डोमेन एक 'इंट्रिन्सिकली डिसऑर्डरड रीजन' (intrinsically disordered region) है। सरल शब्दों में, यह एक एकल, निश्चित आकार धारण नहीं करता है। बल्कि, यह एक अत्यधिक विस्तृत, लचीली श्रृंखला की तरह व्यवहार करता है जो विद्युत आवेशों से समृद्ध है, जिसे वैज्ञानिकों ने 'एसिडिक पॉलीअम्फोलाइट' (acidic polyampholyte) प्रकार का अणु कहा है। कोशिका के तरल वातावरण में, यह श्रृंखला आपस में नहीं जुड़ती; यह मुख्य रूप से एक एकल, अलग इकाई के रूप में रहती है जो एक बड़े, खुले स्थान को घेरे रहती है।

शोधकर्ताओं ने यह भी खोजा कि इस प्रोटीन का व्यवहार इसके वातावरण के आधार पर बदल जाता है। जब स्थितियाँ जीवित कोशिका के भीतर के तरल की लवणता (saltiness) की नकल करती हैं, तो CD2 डोमेन और भी अधिक फैल जाता है, जिससे यह अधिक स्थान घेर लेता है। हालाँकि, जब शोधकर्ताओं ने प्रोटीन के अन्य संस्करणों के बीच साझा किया जाने वाला एक सामान्य क्षेत्र शामिल किया, तो अणु एक-दूसरे से चिपकने लगे, जिससे उनमें स्व-संयोजन (self-associate) की प्रवृत्ति दिखाई दी। यह सुझाव देता है कि इस प्रोटीन में विशिष्ट परिस्थितियों में अपने आप से परस्पर क्रिया करने की अंतर्निहित क्षमता है। इसके अलावा, अध्ययन ने अनुक्रम (sequence) के भीतर एक संरक्षित मंच (conserved platform) की पहचान की जो संभवतः अन्य नियामक अणुओं के जुड़ने के स्थान के रूप में कार्य करता है। यह इंटरेक्शन साइट एक स्विच की तरह कार्य कर सकती है, जो प्रोटीन श्रृंखला के भौतिक गुणों को उन रासायनिक संकेतों से जोड़ती है जो कोशिका को नियंत्रित करते हैं।

ये निष्कर्ष सुनने के तरीके के बारे में सोचने के एक नए ढंग की ओर संकेत करते हैं। CD2 इंट्रासेल्यूलर डोमेन एक ऐसे बहुलक (polymer) के रूप में प्रतीत होता है जिसके यांत्रिक गुण इसे भौतिक बल के प्रति प्रतिक्रिया देने के लिए उपयुक्त बनाते हैं। क्योंकि यह लचीला और विस्तृत है, यह एक स्प्रिंग या शॉक एब्जॉर्बर (shock absorber) के रूप में कार्य कर सकता है, जो टिप लिंक के खिंचाव को कोशिका के गहरे हिस्से तक पहुँचाने में मदद करता है। यह समझने के लिए एक ढांचा प्रदान करता है कि ध्वनि की यांत्रिक ऊर्जा का प्रबंधन हेयर सेल के भीतर कैसे किया जाता है, जो एक कठोर तार के सरल विचार से आगे बढ़कर लचीली, प्रतिक्रियाशील श्रृंखलाओं वाले एक गतिशील तंत्र तक ले जाता है। हालाँकि यह अध्ययन यह दावा नहीं करता कि इसने श्रवण मैकेनोट्रांसडक्शन (auditory mechanotransduction) की पूरी पहेली को सुलझा लिया है, लेकिन यह उस प्रक्रिया के एक महत्वपूर्ण स्तर को प्रकट करता जो पहले छिपा हुआ था। यह दिखाते हुए कि यह आवश्यक श्रवण प्रोटीन एक लचीला, आवेश-समृद्ध बहुलक है, यह शोध इस बात की जांच के लिए एक ठोस प्रारंभिक बिंदु प्रदान करता है कि कोशिका की आंतरिक यांत्रिकी हमारी सुनने की अद्भुत संवेदनशीलता में कैसे योगदान देती है।