Single-cell atlas of embryonic fibroblasts and the Nanog-dependent transactivation of id4 in Chinese soft-shelled turtle (Pelodiscus sinensis)
यह अध्ययन *Pelodiscus sinensis* भ्रूण फाइब्रोब्लास्ट का एक सिंगल-सेल एटलस स्थापित करता है ताकि उनकी विकासात्मक विषमता को प्रकट किया जा सके और यह प्रदर्शित करता है कि प्लुरिपोटेंसी कारक Nanog सीधे *id4* से जुड़ता है और उसे अपरेगुलेट करता है ताकि इस सरीसृप मॉडल में स्टेमनेस प्राप्ति और प्रोलिफरेशन को संचालित किया जा सके।
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जीवन एक एकल कोशिका के रूप में शुरू होता है जो विभाजित होती है और स्वयं को एक जटिल शरीर में व्यवस्थित करती है, एक ऐसी प्रक्रिया जो कोशिकाओं के एक हलचल भरे समुदाय द्वारा संचालित होती है जो एक-दूसरे से बात करते हैं। इन श्रमिकों में फाइब्रोब्लास्ट (fibroblasts) शामिल हैं, जिन्हें कभी केवल साधारण संरचनात्मक मचान माना जाता था, जो केवल ऊतकों को आपस में जोड़े रखते हैं। अब हम जानते हैं कि वे कहीं अधिक सक्रिय हैं, जो गतिशील प्रबंधकों के रूप में कार्य करते हैं जो अन्य कोशिकाओं के बढ़ने, बदलने और अंगों के निर्माण के मार्गदर्शन के लिए संकेत उत्सर्जित करते हैं। स्तनधारियों में, वैज्ञानिकों ने बहुत विस्तार से इस बात का मानचित्र तैयार किया है कि ये फाइब्रोब्लास्ट कैसे व्यवहार करते हैं, लेकिन सरीसृपों के लिए, जो उभयचरों और पक्षियों के बीच विकासवादी रूप से स्थित हैं, यह कोशिकीय परिदृश्य काफी हद तक एक रहस्य बना हुआ है। सरीसृपों की कोशिकाओं के विकास को समझना इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह हमें यह देखने में मदद करता है कि जीवन के ब्लूप्रिंट के कौन से हिस्से प्राचीन हैं और सभी कशेरुकी जीवों द्वारा साझा किए जाते हैं, और कौन से हिस्से अद्वितीय नवाचार हैं। इस कहानी में एक प्रमुख पात्र नैनोग (Nanog) नामक प्रोटीन है, जो एक मास्टर रेगुलेटर है जिसे स्तनधारियों में स्टेम सेल्स को एक लचीली, अविभेदित अवस्था में रखने के लिए जाना जाता है। हालांकि, यह स्पष्ट नहीं था कि क्या यही प्रोटीन सरीसृपों में भी समान भूमिका निभाता है, या यह सरीसृप के शरीर का निर्माण करने वाली विशिष्ट कोशिकाओं के साथ कैसे परस्पर क्रिया कर सकता है।
चीन के साउथवेस्ट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने चीनी सॉफ्ट-शेल टर्टल (Chinese soft-shelled turtle) की ओर ध्यान केंद्रित करके इस अंतर को भरने का प्रयास किया, जो एक ऐसी प्रजाति है जिसका उपयोग व्यापक रूप से सरीसृपों के विकास और अनुकूलन का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। उन्होंने विकास के तीन अलग-अलग चरणों में टर्टल के भ्रूण फाइब्रोब्लास्ट का एक विस्तृत मानचित्र बनाना शुरू किया: अंडे देने के क्षण पर, और फिर तीन और पांच दिनों के बाद। व्यक्तिगत कोशिकाओं के आनुवंशिक निर्देशों को पढ़ने वाली एक तकनीक का उपयोग करते हुए, उन्होंने पाया कि ये फाइब्रोब्लास्ट एक समान समूह नहीं हैं। इसके बजाय, वे एक सामान्य पूर्वज, मेसेनकाइमल स्टेम सेल (mesenchymal stem cell) से निकलने वाला एक विविध वंश वृक्ष बनाते हैं। इस मूल से, कोशिकाएं विभिन्न पथों में विभाजित होती हैं: कुछ तेजी से विभाजित होने वाले ऊतक निर्माता बनती हैं, अन्य तंत्रिका तंत्र (तंत्रिका और त्वचा के पिगमेंट को जन्म देने वाला समूह) के समान कोशिकाओं में बदल जाती हैं, और कुछ चिकनी मांसपेशियों की कोशिकाओं में बदल जाती हैं। यह निष्कर्ष पुष्टि करता है कि सरीसृपों में भी, शरीर बनाने वाली कोशिकाएं अत्यधिक विशिष्ट होती हैं और परिपक्वता की एक सटीक, शाखावत यात्रा का पालन करती हैं।
यह समझने के लिए कि ये कोशिकाएं नियंत्रित वातावरण में कैसे कार्य करती हैं, टीम ने प्रयोगशाला की डिश में टर्टल फाइब्रोब्लास्ट को सफलतापूर्वक उगाया, जिससे एक स्थिर सेल लाइन बनाई गई जिसका समय के साथ अध्ययन किया जा सके। इसके बाद उन्होंने इन संवर्धित कोशिकाओं में एक विशिष्ट जीन, नैनोग, को पेश किया ताकि देखा जा सके कि क्या होता है। परिणाम चौंकाने वाले थे। जब कोशिकाओं को नैनोग से भर दिया गया, तो वे अपने बिना संशोधित पड़ोसियों की तुलना में बहुत तेजी से बढ़ने लगीं। उन्होंने उन रासायनिक मार्करों को भी प्रदर्शित करना शुरू कर दिया जो आमतौर पर युवा, लचीली स्टेम कोशिकाओं में पाए जाते हैं, जिससे पता चलता है कि नैनोग इन परिपक्व फाइब्रोब्लास्ट्स को एक अधिक आदिम, अनुकूलनीय अवस्था की ओर धकेल रहा था। यह केवल कोशिकाओं के बड़ा होने का मामला नहीं था; एक प्रमुख सेल-साइकिल मार्कर, PCeN का प्रोटीन स्तर काफी बढ़ गया, जिससे पुष्टि हुई कि कोशिकाएं सक्रिय रूप से विभाजित हो रही थीं। इसके अलावा, कोशिकाओं ने एल्केलाइन फॉस्फेट (alkaline phosphatase) के परीक्षण के प्रति एक मजबूत प्रतिक्रिया दिखाई, जो स्टेमनेस (stemness) का एक क्लासिक संकेत है, जो यह दर्शाता है कि नैनोग प्रभावी रूप से कोशिकाओं की पहचान को पुनर्गठित कर रहा था।
शोधकर्ताओं ने इस परिवर्तन के पीछे के तंत्र को समझने के लिए गहराई से अध्ययन किया। वे यह जानना चाहते थे कि नैनोग ठीक से कोशिकाओं को बदलने के लिए कैसे निर्देश दे रहा है। नैनोग-उपचारित कोशिकाओं की आनुवंशिक गतिविधि का विश्लेषण करके, उन्होंने पाया कि स्टेमनेस और कोशिका विभाजन से जुड़े विशिष्ट जीन चालू हो गए थे, जबकि कोशिकाओं के मूल, विशिष्ट कार्यों से संबंधित जीन कम हो गए थे। उन जीनों में से एक जिसने चमक पैदा की, वह था Id4। यह सिद्ध करने के लिए कि नैनोग सीधे इस परिवर्तन के लिए जिम्मेदार है, टीम ने यह जांचने के लिए एक सटीक विधि का उपयोग किया कि क्या नैनोग प्रोटीन Id4 जीन के पास डीएनए से भौतिक रूप से जुड़ता है। उन्होंने पाया कि नैनोग वास्तव में Id4 के प्रमोटर क्षेत्र से सीधे बंधता है, जो एक स्विच की तरह कार्य करता है जो इस जीन को चालू करता है। इस प्रत्यक्ष संबंध ने एक विशिष्ट नियामक मार्ग का खुलासा किया जहां नैनोग Id4 के उत्पादन को संचालित करता है, जो बदले में कोशिका की प्रसार करने और स्टेम जैसी अवस्था में रहने की क्षमता को बनाए रखने में मदद करता है।
यह कार्य सरीसृप जीव विज्ञान के अध्ययन के लिए एक नया मॉडल स्थापित करता है, जो यह दर्शाता है कि चीनी सॉफ्ट-शेल टर्टल फाइब्रोब्लास्ट कोशिकाओं के भाग्य को बदलने के अन्वेषण के लिए एक बहुमुखी उपकरण है। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि हालांकि टर्टल और स्तनधारियों में नैनोग के विशिष्ट डीएनए अनुक्रम काफी भिन्न हैं, प्रोटीन की कोशिका वृद्धि को संचालित करने और एक लचीली अवस्था बनाए रखने की मूल क्षमता कशेरुकियों में एक साझा गुण है। सरीसृपों में नैनोग के प्रत्यक्ष लक्ष्य के रूप में Id4 की पहचान करके, शोधकर्ताओं ने उस नियामक मशीनरी के एक मौलिक हिस्से को उजागर किया है जो विकास को नियंत्रित करता है। यह खोज न केवल यह स्पष्ट करती है कि टर्टल भ्रूण अपने शरीर का निर्माण कैसे करते हैं, बल्कि यह भी सुझाव देती है कि स्तनधारियों में कोशिकाओं को पुनर्गठित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण गहरे विकासवादी मूल रखते हैं। ये निष्कर्ष भविष्य के अनुसंधान के लिए एक आधार प्रदान करते हैं कि कैसे लुप्तप्राय सरीसृप प्रजातियों को कोशिकीय तकनीकों के माध्यम से संरक्षित किया जा सकता है, जो उन साझा जैविक इतिहास की एक झलक देता है जो सभी कशेरुकी जीवों को जोड़ता है।
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