Drosophila Nepl15 controls glycogen and lipid storage by modulating insulin signaling

अपने शरीर की कल्पना एक हलचल भरे शहर के रूप में करें जहाँ भोजन डिलीवरी ट्रक हैं जो कच्चे माल को लेकर आते हैं। इनमें से कुछ सामग्री का उपयोग तुरंत स्ट्रीटलाइट और कारखानों को चलाने के लिए किया जाता है, लेकिन आपके शहर को बाकी सामग्री को भविष्य के लिए सुरक्षित रखने की भी आवश्यकता होती है। यह भंडारण दो मुख्य गोदामों में होता है: एक त्वरित-दहन ऊर्जा (जैसे ग्लाइकोजन) के लिए और दूसरा दीर्घकालिक ईंधन भंडार (जैसे वसा) के लिए। इस प्रणाली को सुचारू रूप से चलाने के लिए, शहर के पास एक केंद्रीय कमांड सेंटर होता है जो "बनाओ और स्टोर करो" के आदेश भेजता है। फ्रूट फ्लाई (फल मक्खी) की दुनिया में, और आश्चर्यजनक रूप से मनुष्यों में भी, यह कमांड सेंटर एक प्रसिद्ध रासायनिक संदेशवाहक 'इंसुलिन' पर निर्भर करता है। इंसुलिन को मेयर के रेडियो प्रसारण की तरह समझें जो शहर के गोदामों को बताता है, "हे, हमारे पास अतिरिक्त आपूर्ति है! उन्हें पैक करना शुरू करो!" यदि यह रेडियो सिग्नल कमजोर हो जाता है या गोदाम सुनना बंद कर देते हैं, तो शहर अपने भंडार से हाथ धो बैठता है और बिजली कटौती के दौरान जीवित नहीं रह पाता। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि "नेप्रिलिसिन" (neprilysins) नामक एंजाइमों का एक परिवार इन रासायनिक संदेशवाहकों को चबा सकता है, जो शोर (static noise) की तरह काम करता है जो मेयर की आवाज़ को दबा देता है। लेकिन एक विशिष्ट मक्खी जीन था, जिसका नाम Nepl15 था, जो एक पूरी तरह से रहस्य बना हुआ था। ऐसा नहीं लग रहा था कि वसायुक्त भोजन खाने पर इसमें कोई बदलाव आता है, और कोई नहीं जानता था कि यह "बनाओ और स्टोर करो" वाली टीम का हिस्सा है या केवल एक दर्शक है।

यह अध्ययन उस रहस्य की गहराई में जाता है ताकि यह देखा जा सके कि जब आप फ्रूट फ्लाई से Nepl15 जीन को हटा देते हैं तो क्या होता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि Nepl15 के बिना, मक्खियों ने कम भोजन नहीं खाया, लेकिन उनके आंतरिक भंडारण तंत्र बेकाबू हो गए। यह ऐसा ही है जैसे शहर के गोदाम अचानक डिब्बे पैक करना भूल गए हों, भले ही डिलीवरी ट्रक अभी भी आ रहे हों। अध्ययन से पता चलता है कि Nepl15 इंसुलिन सिग्नल के लिए एक महत्वपूर्ण एम्पलीफायर (वर्धक) के रूप में कार्य करता है। जब जीन गायब होता है, तो "बनाओ और स्टोर करो" वाला रेडियो सिग्नल धीमा पड़ जाता है। कमांड सेंटर (इंसुलिन रिसेप्टर) अभी भी चिल्ला रहा है, लेकिन कोशिकाओं के भीतर के कार्यकर्ता (विशेष रूप से एक प्रोटीन जिसे Akt कहा जाता है) इसे काम शुरू करने के लिए पर्याप्त जोर से नहीं सुन पा रहे हैं। इसके परिणामस्वरूप, मक्खियों की चीनी और वसा को स्टोर करने की क्षमता नाटकीय रूप से गिर जाती है, विशेष रूप से नर मक्खियों में। दिलचस्प बात यह है कि मादा मक्खियों के पास एक बैकअप प्लान होता है जो उन्हें नरों की तुलना में भंडारण खोने से बचाता है। पेपर सुझाव देता है कि Nepl15 के बिना, मक्खियाँ दुबली और कुछ मायनों में "स्वस्थ" हो जाती हैं, लेकिन वे एक भारी कीमत चुकाती हैं: वे अकाल के दौरान बहुत तेज़ी से भूख से मर जाती हैं क्योंकि उनके पास जीवित रहने के लिए पर्याप्त भंडार नहीं होता है।

लापता मैनेजर का रहस्य

फ्रूट फ्लाई (Drosophila melanogaster) की छोटी, उच्च-गति वाली दुनिया में, वैज्ञानिकों ने ऊर्जा प्रबंधन के खेल में एक नए खिलाड़ी की खोज की है। इस कहानी का सितारा एक जीन है जिसे नेप्रिलिन-लाइक 15, या संक्षेप में Nepl15 कहा जाता है। आप Nepl15 को मक्खी के शरीर में एक विशेष मैनेजर के रूप में देख सकते जिसका काम यह सुनिश्चित करना है कि "ऊर्जा स्टोर करने" के निर्देश स्पष्ट रूप से सुने जाएं।

पहले, वैज्ञानिक जानते थे कि Nepl15 मौजूद है लेकिन उन्हें यह नहीं पता था कि यह क्या करता है। वे जानते थे कि यह उन एंजाइमों के परिवार का हिस्सा है जो रासायनिक संकेतों को तोड़ सकते हैं, लेकिन वे यह नहीं जानते थे कि यह मक्खी को मोटा करने में मदद कर रहा है या पतला करने में। यह जानने के लिए, टेक्सास टेक यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने मक्खियों का एक समूह बनाया जहाँ इस विशिष्ट जीन को पूरी तरह से हटा दिया गया था। वे देखना चाहते थे: क्या मक्खी कम खाती है? क्या वह कम वसा स्टोर करती है? और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि यह इस बात को कैसे बदलता है कि मक्खी की कोशिकाएं एक-दूसरे से कैसे बात करती हैं।

"दुबला लेकिन भूखा" विरोधाभास

पहला बड़ा आश्चर्य यह था कि उत्परिवर्तित (mutant) मक्खियों की खाने की आदतों में कोई बदलाव नहीं आया। उन्होंने सामान्य मक्खियों के समान ही भोजन खाया। हालाँकि, जब वैज्ञानिकों ने मक्खियों के भीतर देखा, तो उन्होंने ऊर्जा भंडारण के तरीके में एक नाटकीय अंतर पाया।

एक ऐसे गोदाम की कल्पना करें जहाँ कार्यकर्ता अचानक डिब्बे रखना बंद कर देते हैं। बिना Nepl15 वाली नर मक्खियों में, ग्लाइकोजन (एक त्वरित-ऊर्जा चीनी) और लिपिड (वसा) का भंडारण काफी कम हो गया। वे दुबले थे, लेकिन इसलिए नहीं कि वे डाइटिंग कर रहे थे; वे बस अपने ईंधन को थामे नहीं रख पा रहे थे। मादा मक्खियाँ थोड़ी अलग थीं। उन्होंने वास्तव में सामान्य से अधिक ग्लाइकोजन स्टोर किया, जिससे पता चलता है कि नर और मादा मक्खियाँ इस गायब मैनेजर को बहुत अलग तरीकों से संभालती हैं।

यहाँ मोड़ यह है: दुबला होना आमतौर पर अच्छा लगता है, है ना? लेकिन इन मक्खियों के लिए, यह एक जाल था। जब वैज्ञानिकों ने यह देखने के लिए मक्खियों को खिलाना बंद कर दिया कि वे बिना भोजन के कितने समय तक जीवित रह सकती हैं, तो उत्परिवर्तित मक्खियाँ सामान्य मक्खियों की तुलना में बहुत तेज़ी से मर गईं। पता चला कि क्योंकि उनका "स्टोरेज मैनेजर" गायब था, वे अकाल से बचने के लिए पर्याप्त आपातकालीन भंडार नहीं बना सके। वे एक ऐसी कार की तरह थे जिसका पेट्रोल टैंक छोटा है जो बहुत अच्छी माइलेज देती है लेकिन कुछ ही मील के बाद ईंधन खत्म होने के कारण रुक जाती है।

टूटा हुआ रेडियो सिग्नल

तो, मक्खियाँ ऊर्जा स्टोर क्यों नहीं कर सकीं? शोधकर्ताओं ने इस समस्या का पता मक्खी के "इंसुलिन सिग्नलिंग" मार्ग से लगाया। इसे समझने के लिए, कल्पना करें कि इंसुलिन शहर के मेयर का एक रेडियो प्रसारण है जो कोशिकाओं को "ऊर्जा स्टोर करना शुरू करो!" का संदेश दे रहा है।

वैज्ञानिकों ने रेडियो टावर (इंसुलिन रिसेप्टर) और स्वयं प्रसारण (इंसुलिन पेप्टाइड्स) की जांच की। उन्होंने पाया कि टावर अभी भी खड़ा था और प्रसारण भी उसी वॉल्यूम पर चल रहा था। समस्या सिग्नल की नहीं थी; समस्या कोशिका के भीतर रिसीवर की थी।

सामान्य मक्खियों में, जब इंसुलिन सिग्नल आता है, तो यह एक श्रृंखला अभिक्रिया (chain reaction) को सक्रिय करता है जो Akt नामक प्रोटीन को सक्रिय करती है। Akt एक फोरमैन की तरह है जो श्रमिकों को पैकिंग शुरू करने के लिए कहता है। Nepl15 उत्परिवर्तित मक्खियों में, शोधकर्ताओं ने पाया कि Akt शायद ही कभी सक्रिय हो पा रहा था। ऐसा लग रहा था जैसे रेडियो सिग्नल फोरमैन तक पहुँचने से पहले ही शोर (static) में खो गया।

चूंकि Akt काम नहीं कर रहा था, इसलिए dFoxo नामक एक अन्य प्रोटीन (जो आमतौर पर स्टोरेज के लिए "स्टॉप" साइन के रूप में कार्य करता है) सक्रिय रहा। इस "स्टॉप" साइन ने कोशिकाओं को ग्लाइकोजन और वसा बनाने से रोक दिया। अध्ययन से पता चला कि नर मक्खियों में, इन ऊर्जा भंडारों को बनाने के लिए जिम्मेदार जीन (जैसे ग्लाइकोजन के लिए GlyS और वसा के लिए Fasn) कम हो गए थे। कोशिकाएं मूल रूप रूप से "काम बंद करो" का संदेश प्राप्त कर रही थीं, भले ही भोजन उपलब्ध था।

दो लिंगों की कहानी

इस कहानी का सबसे दिलचस्प हिस्सा यह है कि नर और मादा ने कितनी अलग तरह से प्रतिक्रिया दी। नर मक्खियों पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ा। उनके स्टोरेज जीन कम हो गए, उनका Akt सिग्नल कमजोर हो गया, और उन्होंने अपनी वसा और चीनी के भंडार खो दिए।

हालाँकि, मादा मक्खियों के पास एक गुप्त बैकअप योजना थी। भले ही उनका इंसुलм सिग्नल भी थोड़ा कमजोर था, वे अपने ग्लाइकोजन स्तर को ऊँचा रखने में सफल रहीं, और कुछ मामलों में, यह सामान्य से भी अधिक था। उन्होंने नरों की तरह वसा भंडारण जीन में उतनी भारी गिरावट नहीं दिखाई। यह सुझाव देता है कि मादा मक्खियों के पास ऊर्जा प्रबंधन का एक अलग तरीका है जो इस गायब Nepl15 मैनेजर की भरपाई कर सकता है, जबकि नर इस पर बहुत अधिक निर्भर करते हैं।

निष्कर्ष

यह पेपर हमें बताता है कि Nepl15 एक महत्वपूर्ण, पहले से अज्ञात नियामक (regulator) है जो मक्खियों (और संभावित रूप से अन्य जानवरों) को यह तय करने में मदद करता है कि वे अपने द्वारा खाए गए भोजन का उपयोग कैसे करें। यह यह नियंत्रित नहीं करता कि वे कितना खाते हैं, बल्कि यह कि उनके अंदर जाने के बाद उस भोजन का क्या होता है।

इंसुलिन सिग्नल के लिए एक बूस्टर के रूप में कार्य करके, Nepl15 यह सुनिश्चित करता है कि शरीर कठिन समय में जीवित रहने के लिए आवश्यक ऊर्जा भंडार बना सके। इसके बिना, शरीर का "स्टोरेज मोड" भ्रमित हो जाता है, जिससे जीव दुबला लेकिन खतरनाक रूप से भुखमरी के प्रति संवेदनशील हो जाता है। यह खोज हमें यह समझने में एक नया टुकड़ा जोड़ती है कि हमारे शरीर ऊर्जा का प्रबंधन कैसे करते हैं, यह दिखाते हुए कि छोटे, विशिष्ट जीन भी इस बात पर बहुत बड़ा प्रभाव डाल सकते हैं कि हम ऊर्जा से भरपूर हैं या खाली चल रहे हैं।