Early emergence of contractility and mechanotransduction during human megakaryopoiesis
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि कोशिकीय संकुचनशीलता (cellular contractility) और IIb3-मध्यस्थता वाली मैकेनोट्रांसडक्शन (mechanotransduction), मानव मेगाकैरियोसाइट वंश प्रतिबद्धता (human megakaryocyte lineage commitment) के दौरान शीघ्रता से उभरते हैं, जिसमें पूर्ण परिपक्वता से पहले ही CD42b प्रजनक (progenitors) मुख्य संकुचनशील आबादी के रूप में कार्य करते हैं।
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मानव शरीर के भीतर, रक्तस्राव के विरुद्ध एक निरंतर, शांत युद्ध लड़ा जाता है। जब कोई रक्त वाहिका घायल होती है, तो शरीर को जीवन के लिए घातक रक्त की हानि को रोकने के लिए घाव को तेजी से सील करना होता है। यह प्रक्रिया प्लेटलेट्स नामक सूक्ष्म कोशिका अंशों पर बहुत अधिक निर्भर करती है। हालांकि इन्हें अक्सर केवल निष्क्रिय प्लग के रूप में माना जाता है जो घाव से चिपक जाते हैं, वास्तव में प्लेटलेट्स गतिशील मशीनें हैं। एक बार जब वे चोट वाली जगह पर पहुँच जाते हैं, तो वे अपना आकार बदलते हैं और आसपास के रक्त के थक्के (clot) को खींचते हैं, जिससे वह एक ड्रॉस्ट्रिंग बैग (डोरी वाले थैले) की तरह कस जाता है। संकुचन (contraction) के रूप में जानी जाने वाली यह क्रिया, थक्के को छोटा, सघन और अधिक कठिन बना देती है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि रक्त के प्रवाह के विरुद्ध सील मजबूती से टिकी रहे। इस कार्य को करने के लिए, प्लेटलेट्स आणविक उपकरणों के एक विशिष्ट सेट का उपयोग करते हैं, जिसमें उनकी सतह पर एक रिसेप्टर होता है जो एक 'ग्रापलिंग हुक' (पकड़ने वाले हुक) की तरह कार्य करता है, जिससे वे थक्के के प्रोटीन जाल को पकड़ सकते हैं और उसे खींच सकते हैं।
हालाँकि, प्लेटलेट्स पूरी तरह से विकसित होकर प्रकट नहीं होते हैं। वे अस्थि मज्जा (bone marrow) में मेगाकैरियोसाइट्स (megakaryocytes) नामक बहुत बड़ी जनक कोशिकाओं से उत्पन्न होते हैं। वर्षों तक, वैज्ञानिक समझते थे कि ये जनक कोशिकाएं संकुचन के लिए आवश्यक उपकरणों का निर्माण करती हैं और उन्हें अपने प्लेटलेट वंशजों को सौंप देती हैं। रहस्य यह बना रहा कि ये कोशिकाएं वास्तव में कब अपनी स्वयं की खींचने की क्षमता प्राप्त करती हैं। क्या संकुचन की मशीनरी केवल तभी दिखाई देती है जब कोशिका पूरी तरह से परिपक्व हो जाती है, या क्या खींचने की क्षमता बहुत पहले ही उभर आती है, शायद तब भी जब कोशिका अभी भी अपने भाग्य का निर्णय ले रही होती है? इस प्रश्न का उत्तर देना कठिन है क्योंकि मेगाकैरियोसाइट्स दुर्लभ हैं और प्रयोगशाला सेटिंग में उनका अध्ययन करना कठिन है। इस पहेली को सुलझाने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक अनूठी प्रणाली की ओर रुख किया जो उन्हें एक डिश में शून्य से मानव कोशिकाओं को विकसित होते हुए देखने की अनुमति देती है, जिससे वे उस क्षण का पता लगा सकें जब एक कोशिका को खींचने की शक्ति प्राप्त होती है।
शोधकर्ताओं ने मानव प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल्स (induced pluripotent stem cells) से शुरुआत की, जो अत्यंत बहुमुखी कोशिकाएं हैं और शरीर के लगभग किसी भी प्रकार के ऊतक में बदलने में सक्षम हैं। उन्होंने इन स्टेम सेल्स को प्रारंभिक रक्त बनाने वाली पूर्वज कोशिकाओं (progenitors) में बदलने के लिए निर्देशित किया, और फिर उन्हें मेगाकैरियोसाइट्स के रूप में परिपक्व होने के लिए और अधिक प्रोत्साहित किया। इस चरण-दर-चरण प्रक्रिया ने टीम को उनके जीवन चक्र के विभिन्न चरणों को देखने की अनुमति दी: प्रारंभिक स्टेम कोशिकाएं, मध्यवर्ती पूर्वज कोशिकाएं, और अंतिम परिपक्व कोशिकाएं। प्रत्येक चरण का परीक्षण करके, वे ठीक से पहचान सके कि थक्के पर खींचने की क्षमता पहली बार कब प्रकट हुई।
टीम ने आणविक ग्रापलिंग हुक, जिन्हें इंटीग्रिन (integrins) कहा जाता है, की उपस्थिति की जांच करके शुरुआत की, जो संकुचन के लिए आवश्यक हैं। उन्होंने पाया कि प्रारंभिक स्टेम कोशिकाओं में इनमें से कोई भी हुक नहीं था और वे थक्के को खींचने में पूरी तरह असमर्थ थीं। जैसे-जैसे कोशिकाएं प्रारंभिक पूर्वजों (progenitors) के रूप में विकसित हुईं, उनमें इस मशीनरी के संकेत दिखने लगे, लेकिन केवल आबादी के एक विशिष्ट समूह में। जब शोधकर्ताओं ने इन प्रारंभिक कोशिकाओं को थ्रोम्बिन (thrombin) नामक प्रोटीन के साथ उत्तेजित किया, जो संकुचन प्रक्रिया को सक्रिय करता है, तो उन्होंने देखा कि केवल वे कोशिकाएं जिन्होंने पहले ही मेगाकैरियोसाइट बनने की प्रतिबद्धता जता दी थी, अपने हुक को सक्रिय कर पाईं और बल उत्पन्न कर सकीं। जिन कोशिकाओं ने अभी तक यह प्रतिबद्धता नहीं जताई थी, वे निष्क्रिय रहीं।
इसे क्रिया में देखने के लिए, वैज्ञानिकों ने इन विकसित होती कोशिकाओं को मानव रक्त प्लाज्मा के घोल में रखा और थक्का बनाने के लिए ट्रिगर जोड़ा। फिर उन्होंने बारीकी से देखा कि क्या थक्का सिकुड़ता है। प्रारंभिक स्टेम कोशिकाओं ने कुछ नहीं किया; थक्का उसी आकार का रहा। हालाँकि, परिपक्व मेगाकैरियोसाइट्स ने थक्के को जोर से और तेजी से खींचा, जिससे वह काफी सिकुड़ गया। प्रारंभिक पूर्वज कोशिकाओं ने भी थक्के को सिकोड़ने में सफलता पाई, लेकिन उन्होंने परिपक्व समकक्षों की तुलना में बहुत धीमी गति से और कम बल के साथ ऐसा किया। शक्ति और गति में इस अंतर ने सुझाव दिया कि हालांकि संकुचन की क्षमता जल्दी उभर आई थी, लेकिन इसकी पूर्ण शक्ति का निर्माण कोशिकाओं के परिपक्व होने के साथ जारी था।
यह पुष्टि करने के लिए कि प्रारंभिक संकुचन विशेष रूप से उन कोशिकाओं से आ रहा था जो मेगाकैरियोसाइट बनने की राह पर थीं, शोधकर्ताओं ने एक छँटाई (sorting) प्रयोग किया। उन्होंने मिश्रित प्रारंभिक पूर्वज कोशिकाओं की आबादी ली और उन विशिष्ट कोशिकाओं को हटा दिया जिन्होंने मेगाकैरियोसाइट प्रतिबद्धता के संकेत दिखाए थे। एक बार जब ये प्रतिबद्ध कोशिकाएं निकाल ली गईं, तो शेष समूह ने थक्के को सिकोड़ने की लगभग पूरी क्षमता खो दी। इसने सिद्ध कर दिया कि प्रारंभिक चरण में संकुचन की शक्ति सभी रक्त कोशिकाओं का एक सामान्य गुण नहीं था, बल्कि एक विशिष्ट कार्य था जो उन कोशिकाओं का था जिन्होंने पहले ही मेगाकैरियोसाइट पथ चुन लिया था।
अध्ययन ने इन कोशिकाओं की आंतरिक मशीनरी को भी देखा। उन्होंने पाया कि प्रारंभिक प्रतिबद्ध कोशिकाओं के पास ट्रिगर सिग्नल को महसूस करने के लिए आवश्यक रिसेप्टर्स मौजूद थे, लेकिन उन्होंने उन्हें परिपक्व कोशिकाओं की तुलना में कम स्तर पर व्यक्त (express) किया था। इसने समझाया कि प्रारंभिक कोशिकाएं क्यों खींच सकती थीं, लेकिन उतनी मजबूती या गति से नहीं जितना कि तैयार उत्पाद। यह शोध दर्शाता है कि संकुचन की क्षमता मेगाकैरियोसाइट के टूलकिट में बाद में जोड़ा गया कोई तत्व नहीं है। इसके बजाय, यह एक मौलिक गुण है जो बहुत जल्दी, कोशिका के अपने विशिष्ट वंश (lineage) के प्रति प्रतिबद्ध होते ही प्रकट हो जाता है। यह खोज इन कोशिकाओं के काम करने के तरीके की समझ को बदल देती है, जो यह सुझाव देती है कि यांत्रिक बल का सृजन उनके विकास की शुरुआत से ही उनकी पहचान का एक मुख्य हिस्सा है, न कि केवल परिपक्वता के अंत में अर्जित की गई कोई कुशलता।
इन निष्कर्षों के महत्व केवल कोशिका विकास को समझने तक ही सीमित नहीं हैं। इन प्रारंभिक कोशिकाओं की वातावरण के साथ बातचीत करने और उसे नया आकार देने की क्षमता यह सुझाव देती है कि वे रक्त के संचार में परिपक्व प्लेटलेट्स के आने से बहुत पहले, शरीर के उपचार और रक्त निर्माण के शुरुआती चरणों में भूमिका निभा सकती हैं। यह इस बात की भी स्पष्ट तस्वीर प्रदान करता है कि शरीर रक्तस्राव को रोकने के लिए उपकरणों का निर्माण कैसे करता है। इस यांत्रिक क्षमता के उभरने के सटीक क्षण की पहचान करके, वैज्ञानिकों के पास अब यह अध्ययन करने के लिए एक बेहतर ढांचा है कि ये कोशिकाएं स्वास्थ्य में कैसे कार्य करती हैं और बीमारी में कैसे विफल हो सकती हैं। यह कार्य पुष्टि करता है कि थक्के को खींचने और कसने की शक्ति मेगाकैरियोसाइट का एक प्रारंभिक लक्षण है, जो एक यांत्रिक आधार स्थापित करता है जो रक्त के थक्के जमने की पूरी प्रक्रिया का समर्थन करता है।
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