Domain- and Lineage-Specific Heterogeneity in Selective Constraint on Gliomedin (GLDN), a Node of Ranvier Gene Restricted to Jawed Vertebrates
यह अध्ययन प्रकट करता है कि जबड़े वाले कशेरुकी-विशिष्ट नोड ऑफ रैनवियर जीन GLDN पर चयनात्मक बाधा अत्यधिक विषम है, जो इसके ओल्फैक्टोमेडिन और कोलेजन-जैसे डोमेन के बीच, स्तनधारी और गैर-स्तनधारी वंशों के बीच, और विकासवादी समय के दौरान महत्वपूर्ण रूप से भिन्न होती है, ऐसे पैटर्न जो एकल जीन-व्यापी dN/dS विश्लेषण द्वारा अनकहे रह जाते।
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लगभग हर रीढ़ वाले जीव की तंत्रिकाओं के भीतर, एक विशेष प्रणाली होती है जो विद्युत संकेतों को अविश्वसनीय गति और दक्षता के साथ यात्रा करने की अनुमति देती है। यह प्रणाली मायलिन नामक एक वसायुक्त परत पर निर्भर करती है, जो तार के चारों ओर लगे इंसुलेशन की तरह तंत्रिका तंतुओं (नर्व फाइबर्स) को लपेटती है। हालाँकि, यह इंसुलेशन निरंतर नहीं है; इसमें छोटे अंतराल होते हैं जहाँ विद्युत संकेत को एक खंड से दूसरे खंड तक कूदना पड़ता है। इन अंतरालों को 'नोड्स ऑफ रैनवियर' (nodes of Ranvier) के रूप में जाना जाता है। संकेत के सफल रूप से कूदने के लिए, आणविक चाबियों और तालों का एक विशिष्ट सेट इन अंतरालों पर पूरी तरह से व्यवस्थित होना चाहिए। सबसे महत्वपूर्ण चाबियों में से एक 'ग्लियोमेडिन' (gliomedin) नामक प्रोटीन है, जो मायलिन शीथ बनाने वाली कोशिकाओं द्वारा निर्मित होता है। ग्लियोमेडिन एक सेतु (ब्रिज) के रूप में कार्य करता है, जो तंत्रिका तंतु को पकड़ने के लिए आगे बढ़ता है और संकेत को गुजरने के लिए आवश्यक मशीनरी को व्यवस्थित करने में मदद करता है। इस प्रोटीन के बिना, तंत्रिका तंत्र ठीक से कार्य करने में विफल हो जाता है, जिससे नवजात शिशुओं में गंभीर पक्षाघात या मृत्यु भी हो सकती है। चूंकि यह प्रोटीन जीवन के लिए इतना महत्वपूर्ण है, इसलिए वैज्ञानिकों ने लंबे समय से माना है कि यह अत्यधिक संरक्षित (conserved) होना चाहिए, जिसका अर्थ है कि इसका जेनेटिक कोड लाखों वर्षों में बहुत कम बदला है। लेकिन संरक्षण शायद ही कभी एक सरल, समान कहानी होती है। प्रोटीन के विभिन्न भाग अक्सर अलग-अलग दबावों का सामना करते हैं, और एक जीन का इतिहास इस बात पर निर्भर करता है कि किस जीव वंश का अध्ययन किया जा रहा है।
एक शोधकर्ता, ताकुमी ताकेउची ने एक ऐसे स्तर के विवरण के साथ ग्लियोमेडिन के विकासवादी इतिहास की जांच करने का निर्णय लिया जो साधारण औसत से कहीं आगे जाता है। जीन को डेटा के एक एकल ब्लॉक के रूप में देखने के बजाय, उन्होंने इसे एक जटिल मशीन की तरह माना जिसके अलग-अलग हिस्से हैं, और यह पूछा कि जीवन के वृक्ष (tree of life) में प्रत्येक भाग को कैसे संरक्षित किया गया है। उन्होंने 539 विभिन्न प्रजातियों के जबड़े वाले कशेरुकियों (jawed vertebrates) से जेनेटिक सीक्वेंस एकत्र किए, जिसमें शार्क और मछलियों से लेकर पक्षी और मनुष्य तक शामिल हैं। इन अनुक्रमों की तुलना करके, वह माप सकते थे कि समय के साथ जेनेटिक कोड में कितना परिवर्तन हुआ है। विकासवादी जीव विज्ञान में, परिवर्तन की कम दर यह बताती है कि प्रोटीन को अपरिवst रहने के लिए कड़े दबाव में रखा गया है क्योंकि कोई भी परिवर्तन हानिकारक होगा। परिवर्तन की उच्च दर यह सुझाव देती है कि प्रोटीन अधिक भिन्नता को सहन कर सकता है। ताकेउची के विश्लेषण ने खुलासा किया कि ग्लियोमेडिन की कहानी एकसमान नहीं है; यह इस पर निर्भर करता है कि आप प्रोटीन के किस भाग को देख रहे हैं और आप जानवरों के किस समूह का अध्ययन कर रहे हैं।
सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्ष यह था कि ग्लियोमेडिन प्रोटीन के दो मुख्य हिस्सों को पूर्णता के बहुत अलग मानकों पर रखा गया है। प्रोटीन में एक केंद्रीय क्षेत्र होता है जो दोहराव वाली इकाइयों से बना होता है जो इसे आपस में जुड़ने में मदद करता है, और एक अलग सिरा होता है जो वास्तव में तंत्रिका तंतु से जुड़ने का कार्य करता है। अध्ययन ने दिखाया कि बाइंडिंग (जुड़ने वाला) खंड, जो तंत्रिका से जुड़ने के महत्वपूर्ण कार्य के लिए जिम्मेदार है, अत्यंत कड़े नियंत्रण में है। अध्ययन की गई सभी प्रजातियों में इसमें बहुत कम बदलाव आया है। इसके विपरीत, चिपचिपे, दोहराव वाले खंड को बहुत अधिक स्वतंत्र रूप से बदलने की अनुमति दी गई है, जो बाइंडिंग खंड की तुलना में दोगुनी दर से विकसित हुआ है। यह तब समझ में आता है जब आप उनकी भूमिकाओं पर विचार करते हैं: बाइंडिंग खंड को काम करने के लिए एक विशिष्ट लक्ष्य में पूरी तरह फिट होना चाहिए, जबकि दोहराव वाला खंड अधिक लचीला है और सिस्टम को तोड़े बिना भिन्न हो सकता है। शोध ने पुष्टि की कि प्रकृति कार्यात्मक कोर को तीव्र कठोरता के साथ संरक्षित करती है, जबकि संरचनात्मक ढांचे (scaffolding) को भटकने की अनुमति देती है।
अध्ययन ने स्तनधारियों और अन्य जबड़े वाले कशेरुकियों के बीच एक अंतर भी उजागर किया। हालांकि यह प्रोटीन उन सभी जानवरों के लिए महत्वपूर्ण है जिनमें मायलिन होता है, लेकिन इसे अपरिवर्तित रखने का दबाव पक्षियों, सरीसृपों या मछलियों की तुलना में स्तनधारियों में अधिक मजबूत है। यह सुझाव देता है कि जैसे-जैसे स्तनधारी विकसित हुए, उनके तंत्रिका तंत्र ने इस प्रोटीन पर और भी उच्च मांग रखी होगी, या शायद उनके विशिष्ट जीव विज्ञान ने इस जीन में किसी भी छोटे बदलाव को अधिक खतरनाक बना दिया। इसके अलावा, शोध ने इस जीन की उत्पत्ति का पता एक विशिष्ट विकासवादी क्षण तक लगाया। टीम ने जबड़े रहित कशेरुकियों (जैसे लैम्प्रे और हैगफिश) में ग्लियोमेडिन की खोज की, जो प्राचीन जीव हैं जिनमें मायलिन का अभाव होता है। उन्हें इन जीवों में इस जीन का कोई निशान नहीं मिला। इसके बजाय, इन जीवों के पास केवल संबंधित जीन हैं जो एक ही परिवार के हैं लेकिन अलग उद्देश्यों के लिए काम करते हैं। यह इंगित करता है कि नोड्स ऑफ रैनवियर बनाने के लिए उपयोग किया जाने वाला ग्लियोमेडिन का विशिष्ट संस्करण जबड़े रहित और जबड़े वाले कशेरुकियों के बीच विभाजन के बाद ही प्रकट हुआ, जो मायलिन शीथ के विकास के साथ मेल खाता है।
विश्लेषण के एक हिस्से ने शुरू में सुझाव दिया कि प्रोटीन का एक एकल स्थान तेजी से विकसित हो रहा था, संभवतः नई चुनौतियों के अनुकूल होने के लिए। हालांकि, जब शोधकर्ता ने एक अलग, स्वतंत्र विधि का उपयोग करके इस निष्कर्ष का परीक्षण किया, तो वह संकेत गायब हो गया। विचाराधीन स्थान प्रोटीन की संरचना के बिल्कुल किनारे पर स्थित था, जो एक ऐसा क्षेत्र है जो स्वाभाविक रूप से ढीला और लचीला होता है। साक्ष्य बताते हैं कि यह क्षेत्र सक्रिय अनुकूलन के स्थल के बजाय, एक कठोर आकार बनाए रखने की आवश्यकता से कम बाधित है। अध्ययन इस निष्कर्ष के साथ समाप्त होता है कि पूरे जीन के लिए परिवर्तन की एक एकल, समान दर का विचार भ्रामक है। इसके बजाय, ग्लियोमेडिन का विकासवादी इतिहास विभिन्न दबावों का एक मोज़ेक है: बाइंडिंग वाला हिस्सा समय में जम गया है, संरचनात्मक हिस्सा भटकने के लिए स्वतंत्र है, और जीन स्वयं एक अपेक्षाकृत नया आविष्कार है जो जबड़े वाले कशेरुकियों के आगमन के साथ आया। यह विस्तृत दृष्टिकोण यह समझाने में मदद करता है कि यह प्रोटीन जीवन के लिए इतना महत्वपूर्ण क्यों है और क्यों इसका जेनेटिक कोड उन जानवरों में इतनी सटीकता के साथ संरक्षित किया गया है जो इस पर निर्भर हैं।
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