Dehydration-Responsive Left-Handed G-Quadruplexes Expandthe Sequence Repertoire
यह अध्ययन निर्जलीकरण-उत्तरदायी बाएं हाथ के जी-क्वाड्रुप्लेक्सों (drLHG4s) के एक नए वर्ग की पहचान करता है जो विशिष्ट परिस्थितियों में बनते हैं, जिससे उनके फोल्डिंग आवश्यकताओं, क्रिस्टल संरचनाओं और विशिष्ट लिगेंड्स के साथ अंतःक्रियाओं के विस्तृत विश्लेषण के माध्यम से जी-क्वाड्रुप्लेक्सों के ज्ञात अनुक्रम भंडार और संरचनात्मक विविधता का विस्तार होता है।
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डीएनए (DNA) की अक्सर एक सरल, दोहरी कुंडली वाली सीढ़ी के रूप में कल्पना की जाती है जो जीवन के निर्देश वहन करती है। लेकिन कुछ विशेष परिस्थितियों में, डीएनए के स्ट्रैंड मुड़ सकते हैं और अधिक जटिल, सघन आकृतियों में फोल्ड हो सकते हैं। ऐसी ही एक आकृति को जी-क्वाड्रुप्लेक्स (G-quadruplex) कहा जाता है। ये संरचनाएं तब बनती हैं जब 'ग्वानिन' (guanine) नामक बिल्डिंग ब्लॉक से भरपूर एक डीएनए स्ट्रैंड अपने आप पर ही वापस मुड़कर, चार ग्वानिनों की सपाट रिंगों को एक के ऊपर एक व्यवस्थित करता है। हालांकि वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि ये संरचनाएं अस्तित्व में हैं और इस बात में भूमिका निभाती हैं कि जीन कैसे चालू या बंद होते हैं, लेकिन उन्होंने आम तौर पर यह माना है कि केवल बहुत विशिष्ट, सावधानीपूर्वक व्यवस्थित डीएनए अनुक्रम ही इनमें फोल्ड हो सकते हैं। अधिकांश शोध इन संरचनाओं के उन जलीय, विरल वातावरणों में बनने पर केंद्रित रहा है जो एक मानक प्रयोगशाला टेस्ट ट्यूब के लिए विशिष्ट हैं।
हालांकि, एक जीवित कोशिका के भीतर एक भीड़भाड़ वाला, जटिल स्थान होता है जहाँ पानी हमेशा स्वतंत्र रूप से उपलब्ध नहीं होता है। शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब खोजा है कि इन डीएनए संरचनाओं का एक बिल्कुल नया वर्ग तब बन सकता है जब पानी की कमी हो। उन्होंने पाया कि सरल, दोहराव वाले डीएनए अनुक्रम, जो आमतौर पर पानी में ढीले और बिना किसी संरचना के रहते हैं, शुष्क होने पर एक दुर्लभ, बाईं ओर घूमने वाली सर्पिल (left-handed spiral) आकृति में बदल सकते हैं। यह खोज बताती है कि हमारी कोशिकाओं के भीतर मौजूद डीएनए उन आकृतियों को बनाने में सक्षम हो सकता है जिन्हें मानक प्रयोगशाला परीक्षणों ने मिस कर दिया है, क्योंकि वे प्रकृति में पाए जाने वाले सूखे, भीड़भाड़ वाले वातावरण की नकल नहीं करते हैं।
शोधकर्ताओं ने एक बहुत ही सरल डीएनए अनुक्रम को देखकर शुरुआत की जो ग्वानिन और थाइमिन (thymine) के दोहराव वाले जोड़ों से बना था। एक सामान्य पानी-आधारित घोल में, ये स्ट्रैंड कुछ खास नहीं करते थे; वे ढीले और अव्यवस्थित रहे। लेकिन जब वैज्ञानिकों ने पॉलीइथलीन ग्लाइकॉल (polyethylene glycol) नामक पदार्थ मिलाया, जो पानी को डीएनए से दूर खींचता है, तो कुछ अद्भुत हुआ। स्ट्रैंड अचानक एक तंग, बाईं ओर घूमने वाली सर्पिल आकृति में बदल गए। यह नई आकृति, जिसे टीम 'डिहाइड्रेशन-रिस्पॉन्सिव लेफ्ट-हैंडेड जी-क्वाड्रुप्लेक्स' कहती है, सामान्य दाईं ओर घूमने वाले संस्करणों से अलग है। यह एक ऐसी संरचना है जो केवल तभी प्रकट होती है जब डीएनए को अपने आसपास के कुछ पानी को छोड़ने के लिए मजबूर किया जाता है।
यह समझने के लिए कि ये संरचनाएं कितनी लचीली हैं, टीम ने डीएनए अनुक्रम के कई विविधताओं का परीक्षण किया। उन्होंने अक्षरों का क्रम बदला, कुछ को हटाया, या कुछ को जोड़ा। उन्होंने पाया कि इस बाईं ओर घूमने वाली आकृति में फोल्ड होने की क्षमता आश्चर्यजनक रूप से मजबूत थी। यहाँ तक कि जब उन्होंने अनुक्रम के विशिष्ट हिस्सों को हटाया या एक अक्षर को दूसरे से बदला, तब भी डीएनए अभी भी फोल्ड हो सका, बशर्ते कि समग्र पैटर्न कुछ हद तक बरकरार रहे। कुछ मामलों में, एक अतिरिक्त ग्वानिन अक्षर जोड़ना ही एक टूटे हुए अनुक्रम को फिर से ठीक करने के लिए पर्याप्त था, जिससे वह फिर से सही ढंग से फोल्ड हो सका। यह सुझाव देता है कि इन संरचनाओं को बनाने के नियम पहले की तुलना में अधिक उदार हैं, जब तक कि अनुक्रम अपने बिल्डिंग ब्लॉक्स को एक विशिष्ट तरीके से व्यवस्थित कर सके।
टीम ने इसके बाद यह देखने के लिए आगे बढ़ाया कि ये संरचनाएं वास्तव में कैसी दिखती हैं। वे इन फोल्ड किए गए डीएनए स्ट्रैंड्स में से एक के क्रिस्टल उगाने में सफल रहे और उनके आकार को अत्यंत सूक्ष्म स्तर पर मैप करने के लिए शक्तिशाली एक्स-रे इमेजिंग का उपयोग किया। छवियों ने एक ऐसी संरचना को प्रकट किया जहाँ दो एकल डीएनए स्ट्रैंड मिलकर एक डाइमेरिक टॉवर (dimeric tower) बनाते हैं। डीएनए के अधिकांश अक्षर संरचना के केंद्र में सटीक रूप से फिट होते हैं, लेकिन एक थाइमिन अक्षर किनारे की ओर धकेल दिया गया, जिससे एक छोटा उभार या गांठ बन गई। इस उभार ने संरचना को तोड़ा नहीं; इसके बजाय, डीएनए ने इसे समायोजित किया, जो साबित करता है कि ये आकृतियाँ खामियों को सहन कर सकती हैं। उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली छवियों ने फोल्ड किए गए डीएनए के बाहर चिपके हुए पानी के अणुओं के एक विस्तृत नेटवर्क को भी दिखाया, जो एक सुरक्षात्मक कवच की तरह है। यह पानी का कवच महत्वपूर्ण प्रतीत होता है, क्योंकि संरचना को स्थिर रहने के लिए इन जल अणुओं की विशिष्ट व्यवस्था पर निर्भर रहना पड़ता है।
शोधकर्ताओं ने यह भी खोजा कि इस फोल्डिंग को केवल डीएनए को सुखाने के अलावा अन्य चीजों द्वारा भी ट्रिगर किया जा सकता है। उन्होंने एक विशिष्ट प्रकार के अणु का परीक्षण किया, जो जिंक-आधारित यौगिक है जिसमें लंबी, लचीली पूंछें हैं, और पाया कि यह डीएनए स्ट्रैंड से सीधे जुड़कर इसे बाईं ओर घूमने वाली आकृति में फोल्ड होने के लिए मजबूर कर सकता है। यह अणु एक स्थानीय डिहाइड्रेटर (local dehydrator) की तरह कार्य करता प्रतीत हुआ, जो डीएनए की सतह से पानी को बस इतना ही दूर खींचता है कि फोल्ड को बढ़ावा मिल सके, लेकिन केवल तभी जब वह डीएनए से सफलतापूर्वक जुड़ जाता है। इसी तरह, कुछ छोटे प्रोटीन अंश भी डीएनए से जुड़ने और फोल्ड की गई आकृति को स्थिर करने में सक्षम थे। यह इंगित करता है कि एक जीवित कोशिका में, जहाँ प्रोटीन और अन्य अणु लगातार डीएनए के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, ये छिपी हुई आकृतियाँ पूरी कोशिका को सुखाए बिना भी बनाई और थामी जा सकती हैं।
ये निष्कर्ष इस पुराने विचार को चुनौती देते हैं कि डीएनए अनुक्रम या तो इन संरचनाओं को बनाने में सक्षम होते हैं या नहीं। इसके बजाय, फोल्ड होने की क्षमता पर्यावरण पर बहुत अधिक निर्भर करती है। एक अनुक्रम जो मानक टेस्ट ट्यूब में बेकार दिखता है, वह कोशिका के भीड़भाड़ वाले, कम पानी वाले कोनों में एक पूरी तरह से कार्यात्मक संरचना हो सकता है। अध्ययन सुझाव देता है कि वैज्ञानिक डीएनए को गलत स्थितियों में देख रहे थे, जिससे जैविक गतिविधि की एक पूरी परत छूट सकती है। यह दिखाकर कि सरल, दोहराव वाले डीएनए अनुक्रम इन जटिल आकृतियों में फोल्ड हो सकते हैं जब पानी सीमित होता है, यह शोध इस बारे में सोचने का एक नया तरीका खोलता है कि डीएनए वास्तविक दुनिया में कैसे व्यवहार करता है, जो यह सुझाव देता है कि जेनेटिक कोड अपने परिवेश के प्रति पहले की तुलना में अधिक गतिशील और प्रतिक्रियाशील है।
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