Proteomics of highly post-translationally modified proteins in kidney tubulointerstitium

मानव वृक्क (किडनी) एक उत्कृष्ट फिल्टर है, जो अंगों की एक जोड़ी है जो रक्त को निरंतर साफ करती है, लवणों को संतुलित करती है और शरीर में सामंजस्य बनाए रखने के लिए अपशिष्ट को बाहर निकालती है। इसकी संरचना के भीतर सूक्ष्म नलिकाओं का एक नाजुक नेटवर्क और उनके बीच के सहायक ऊतक होते हैं, जिसे ट्यूबुलोइंटरस्टिटियम (tubulointerstitium) के रूप में जाना जाता है। यह क्षेत्र किडनी के मचान (scaffolding) के रूप में कार्य करता है, जो फिल्ट्रेशन इकाइयों को उनके स्थान पर बनाए रखता है और यह सुनिश्चित करता है कि वे सही ढंग से कार्य करें। जब यह मचान क्षतिग्रस्त हो जाता है, तो यह अक्सर सख्त और मोटा हो जाता है, जिसे फाइब्रोसिस (fibrosis) कहा जाता है। यह निशान (scarring) क्रोनिक किडनी रोग का एक सार्वभौमिक संकेत है, जो दुनिया भर में करोड़ों लोगों को प्रभावित करने वाली स्थिति है। जैसे-जैसे निशान वाला ऊतक बढ़ता है, किडनी अपनी कार्य करने की क्षमता खो देती है, जिससे अंततः विफलता (failure) आती है। जबकि डॉक्टर जानते हैं कि यह निशान एक बड़ी समस्या है, लेकिन वे सटीक आणविक परिवर्तन जो ऊतक को सख्त और विफल करते हैं, काफी हद तक छिपे हुए रहे हैं। विशेष रूप से, वैज्ञानिक पूरी तरह से समझ नहीं पाए हैं कि किडनी के संरचनात्मक प्रोटीनों से जुड़े सूक्ष्म रासायनिक टैग बीमारी बढ़ने के साथ कैसे बदलते हैं, और न ही वे इन परिवर्तनों को उन विशिष्ट, सूक्ष्म क्षेत्रों में मैप कर सके हैं जहाँ क्षति शुरू होती है।

बोस्टन यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने किडनी की सूक्ष्म संरचना को एक नए तरीके से जांचकर इन छिपे हुए विवरणों को उजागर करने का लक्ष्य रखा। उन्होंने ट्यूबुलोइंटरस्टिटियम पर ध्यान केंद्रित किया, जो वही ऊतक है जहाँ फाइब्रोसिस घर करता है, और इसके लिए उन्होंने किडनी के छोटे, संरक्षित बायोप्सी नमूनों से इस विशिष्ट क्षेत्र को अलग करने वाली एक तकनीक का उपयोग किया। ये नमूने दो अलग-अलग रोगियों से आए थे: एक उन्नत मधुमेह संबंधी किडनी रोग (diabetic kidney disease) वाला व्यक्ति और दूसरा जिसने किडनी प्रत्यारोपण (transplant) प्राप्त किया था। इन नमूनों से, टीम ने सावधानीपूर्वक स्वस्थ दिखने वाले ऊतक के छोटे खंड और क्षतिग्रस्त, निशान वाले ऊतक के खंड काटे। फिर उन्होंने एक शक्तिशाली सूक्ष्मदर्शी और लेजर प्रणाली का उपयोग करके इन विशिष्ट क्षेत्रों को एकत्र किया, यह सुनिश्चित करते हुए कि विश्लेषण किया गया पदार्थ केवल नलिकाओं और उनके बीच के स्थान से आया हो, जिसमें किडनी के अन्य हिस्सों का संदूषण न हो। यह सटीकता महत्वपूर्ण थी, क्योंकि किडनी एक जटिल अंग है जहाँ विभिन्न हिस्से एक-दूसरे के बहुत करीब स्थित होते हैं।

एक बार जब उन्होंने इन सूक्ष्म नमको को एकत्र कर लिया, तो शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए उनके भीतर के प्रोटीनों को तोड़ दिया कि वे किससे बने हैं। वे विशेष रूप से "मैट्रिसोम" (matrisome) में रुचि रखते थे, जो संरचनात्मक प्रोटीनों के संग्रह के लिए एक शब्द है जो किडनी के ढांचे का निर्माण करते हैं, बिल्कुल किसी इमारत के स्टील बीम और कंक्रीट की तरह। उन्होंने पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधनों (post-translational modifications) की भी तलाश की, जो छोटे रासायनिक परिवर्तन हैं जो प्रोटीन बनने के बाद होते हैं। ये संशोधन स्विच की तरह काम कर सकते हैं, प्रोटीनों को चालू या बंद कर सकते हैं, या उनके व्यवहार को बदल सकते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि उनके द्वारा एकत्र किए गए नमूने वास्तव में उन प्रोटीनों से समृद्ध थे जिनकी ट्यूबुलोइंटरस्टिटियम में अपेक्षा की जाती है, जिससे पुष्टि हुई कि उन्होंने सफलतापूर्वक सही ऊतक को अलग कर लिया था। उन्होंने देखा कि गंभीर क्षति वाले क्षेत्रों में, कुछ विशिष्ट संरचनात्मक प्रोटीन, विशेष रूप से कोलेजन के विभिन्न प्रकार, अधिक प्रचुर मात्रा में थे। कोलेजन मुख्य प्रोटीन है जो ऊतक को मजबूती देता है, और इसकी अधिकता निशान बनने का एक लक्षण है।

अध्ययन एक कदम आगे गया और इन कोलेजन प्रोटीनों पर होने वाले रासायनिक संशोधनों की मात्रा निर्धारित की। उन्होंने पाया कि हाइड्रोक्सीप्रोलिन (hydroxyproline) नामक एक विशिष्ट संशोधन इन संरचनात्मक प्रोटीनों पर पाया जाने वाला सबसे सामान्य परिवर्तन था। किडनी प्रत्यारोपण वाले रोगी के स्वस्थ ऊतक में, यह संशोधन उच्च मात्रा में मौजूद था, जो एक मजबूत और स्थिर संरचनात्मक ढांचे का सुझाव देता है। इसके विपरीत, मधुमेह वाले रोगी के क्षतिग्रस्त ऊतक ने इन रासायनिक टैगों के अलग पैटर्न दिखाए। शोधकर्ताओं ने विशिष्ट प्रोटीनों की भी पहचान की जो किडनी की विभिन्न अवस्थाओं के लिए स्पष्ट मार्कर के रूप में कार्य करते हैं। उदाहरण के लिए, जो प्रोटीन किडनी के परिवहन कार्यों के लिए आवश्यक माने जाते हैं, वे स्वस्थ नमूनों में प्रचुर मात्रा में थे लेकिन क्षतिग्रस्त नमूनों में कम हो गए, जो ऊतक के निशान बनने के साथ सामान्य कार्य की हानि को दर्शाता है।

चूंकि इस प्रारंभिक अध्ययन में प्रत्येक समूह से केवल एक ही रोगी को देखा गया था, इसलिए शोधकर्ता किडनी रोग के रोगियों की पूरी आबादी के बारे में व्यापक सांख्यिकीय दावे नहीं कर सकते थे। इसके बजाय, उन्होंने अपने निष्कर्षों का उपयोग एक ऐसा मॉडल बनाने के लिए किया जो भविष्यवाणी करता है कि भविष्य के बड़े अध्ययन में इन अवलोकनों को उच्च विश्वास के साथ पुष्टि करने के लिए कितने रोगियों की आवश्यकता होगी। उनकी गणनाओं ने सुझाव दिया कि भविष्य के अध्ययन में इन अंतरों को विश्वसनीय रूप से पहचानने और संयोग को खारिज करने के लिए प्रत्येक समूह में लगभग पचास रोगियों को शामिल करने की आवश्यकता होगी। यह संख्या अगले चरण के अनुसंधान के लिए एक स्पष्ट रोडमैप प्रदान करती है। टीम ने यह भी नोट किया कि प्रोटीनों पर रासायनिक टैग में जो अंतर उन्होंने देखे, वे इतने महत्वपूर्ण थे कि आगे की जांच की आवश्यकता थी, क्योंकि ये टैग यह समझने की कुंजी हो सकते हैं कि किडनी का ऊतक क्यों सख्त और विफल होता है।

यह कार्य बीमारी के दौरान किडनी के संरचनात्मक प्रोटीन कैसे बदलते हैं, इसका एक व्यापक मानचित्र बनाने की दिशा में पहला कदम है। किडनी के संरचनात्मक प्रोटीनों में होने वाले विशिष्ट रासायनिक संशोधनों पर ध्यान केंद्रित करके, शोधकर्ताओं ने किडनी के निशान (scarring) की आणविक यांत्रिकी में एक नई खिड़की खोल दी है। उन्होंने पाया कि स्वस्थ किडनी का रासायनिक परिदृश्य deased (रोगग्रस्त) किडनी से भिन्न है, जिसमें निशान वाले ऊतक में प्रोटीन संशोधनों के विशिष्ट पैटर्न दिखाई देते हैं। हालांकि इस अध्ययन ने यह सिद्ध नहीं किया कि ये परिवर्तन बीमारी का कारण बनते हैं, लेकिन इसने स्थापित किया कि वे मौजूद हैं और मापने योग्य हैं। शोधकर्ता आशा करते हैं कि भविष्य के अध्ययन, जिनमें उनके मॉडल द्वारा सुझाए गए बड़ी संख्या में रोगी शामिल होंगे, यह प्रकट करेंगे कि क्या ये रासायनिक हस्ताक्षर किडनी की विफलता के शुरुआती चेतावनी संकेत के रूप में या निशान बनने की प्रक्रिया को रोकने के लिए नए उपचारों के लक्ष्यों के रूप में काम कर सकते हैं।