Fhl2 identifies a Hedgehog-dependent myofibre population along the zebrafish midline with high regenerative potential and enhanced resilience in dystrophy

मांसपेशियां ऊतकों के एक समान ब्लॉक नहीं हैं; वे विभिन्न प्रकार के रेशों (फाइबर्स) का एक जटिल मोज़ेक हैं, जिनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट कार्य के लिए बनाया गया है। कुछ रेशे गति के लिए बने होते हैं, जो स्प्रिंट की शक्ति देने के लिए तेजी से काम करते हैं, जबकि अन्य सहनशक्ति के लिए बने होते हैं, जो मुद्रा बनाए रखने या लगातार तैरने के लिए धीरे-धीरे संकुचित होते हैं। मस्कुलर डिस्ट्रॉफी के अध्ययन में, जो कि उन बीमारियों का एक समूह है जहाँ मांसपेशियों के ऊतक धीरे-धीरे नष्ट हो जाते हैं, वैज्ञानिकों ने लंबे समय से एक पहेली जैसा पैटर्न देखा है: शरीर की कुछ मांसपेशियां इस बीमारी से बुरी तरह प्रभावित होती हैं, जबकि अन्य, जैसे कि आंखों को हिलाने वाली छोटी मांसपेशियां, अछूती रहती हैं। यह असमान क्षति यह सुझाव देती है कि शरीर में मांसपेशियों की ऐसी छिपी हुई विविधता की परतें मौजूद हैं जिन्हें हम अभी तक पूरी तरह से नहीं समझ पाए हैं। इन संरक्षित मांसपेशियों का बारीकी से अध्ययन करके, शोधकर्ता उन गुप्त सामग्रियों को खोजने की उम्मीद करते हैं जो उन्हें लचीला बनाती हैं, जिससे शरीर के बाकी हिस्सों को सुरक्षित रखने के संकेत मिल सकें।

उमेआ यूनिवर्सिटी (Umeå University) के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब जेब्राफिश में एक नई, पहले से अदृश्य मांसपेशी की परत की खोज की है, जो एक छोटा मीठे पानी का मछली है और जिसका उपयोग अक्सर मानव जीव विज्ञान के अध्ययन के लिए किया जाता है। उन्होंने मछली के शरीर के बिल्कुल केंद्र में, जहाँ तेज़ और धीमी मांसपेशी क्षेत्र मिलते हैं, मांसपेशियों के एक विशिष्ट समूह की खोज की। ये रेशे अद्वितीय हैं क्योंकि ये जेब्राफिश में कहीं और पाए जाने वाले मानक तेज़ या धीमी मांसपेशियों की तरह नहीं दिखते हैं। इसके बजाय, इनमें एक आणविक हस्ताक्षर (molecular signature) होता है जो कंकाल की मांसपेशियों के गुणों को हृदय और आंखों की मांसपेशियों के गुणों के साथ मिलाता है, जो कि बीमारी के प्रति प्रसिद्ध रूप से प्रतिरोधी हैं। शोधकर्ताओं ने इन्हें "मेडियल स्लो" (medial slow) रेशे नाम दिया है।

इन छिपे हुए रेशों को खोजने के लिए, वैज्ञानिकों ने Fhl2 नामक प्रोटीन पर ध्यान केंद्रित किया, जिसे वे जानते थे कि उन मछलियों की आंखों की मांसपेशियों में सक्रिय था जो मानव डचेन मस्कुलर डिस्ट्रॉफी के समान स्थिति से पीड़ित थीं। जब उन्होंने स्वस्थ जेब्राफिश के लार्वा के धड़ (trunk) का निरीक्षण किया, तो उन्होंने पाया कि Fhl2 बिखरा हुआ नहीं था, बल्कि मध्य रेखा के साथ कोशिकाओं के एक संकीले, वी-आकार (V-shaped) के समूह में केंद्रित था। ये कोशिकाएं अपने पड़ोसियों से अलग थीं। जबकि आसपास की तेज़ मांसपेशियों और मानक धीमी मांसपेशियों ने मायोसिन (myosin) के रूप में ज्ञात मांसपेशियों के निर्माण के विशिष्ट प्रकार के प्रोटीन व्यक्त किए, इन मेडियल स्लो रेशों ने ऐसा नहीं किया। इसके बजाय, उन्होंने एक ऐसा मायोसिन व्यक्त किया जो आमतौर पर केवल हृदय में पाया जाता है, साथ ही सिनकोइलिन (Syncoilin) नामक एक अन्य प्रोटीन का उच्च स्तर भी दिखाया, जो मांसपेशियों को तनाव झेलने में मदद करता है। यह संयोजन बताता है कि ये रेशे एक विशेष हाइब्रिड (संकर) थे, जिनके पास एक ऐसी आणविक पहचान थी जो मछली में पहले वर्णित किसी भी अन्य कंकाल की मांसपेशी से भिन्न थी।

शोधकर्ताओं ने फिर यह समझने की कोशिश की कि ये रेशे कैसे बनते हैं। मछली में मांसपेशी रेशे आमतौर पर विशिष्ट कोशिका समूहों से विकसित होते हैं जो नोटोकॉर्ड (notochord) से संकेत प्राप्त करते हैं, जो रीढ़ के नीचे स्थित एक छड़ जैसी संरचना है। वैज्ञानिकों ने पाया कि इन मेडियल स्लो रेशों का निर्माण 'हेजहॉग' (Hedgehog) नामक एक विशिष्ट रासायनिक संकेत पर निर्भर करता है, जो धीमी मांसपेशियों के विकास को निर्देशित करने के लिए जाना जाता है। हालांकि, यह कहानी केवल एक संकेत द्वारा जीन को चालू करने से कहीं अधिक जटिल थी। भले ही इन रेशों को बनने के लिए हेजहॉग संकेत की आवश्यकता थी, लेकिन Fhl2 प्रोटीन बनाने वाला जीन बहुत बाद में सक्रिय हुआ। इसके बजाय, शोधकर्ताओं ने पाया कि एक अलग सेट निर्देश, जो Pit-x3 नामक जीन द्वारा नियंत्रित था, इन कोशिकाओं में Fhl2 को सक्रिय करने के लिए जिम्मेदार था। इसका अर्थ था कि रेशों की पहचान दो चरणों में स्थापित की गई थी: पहले, हेजहॉग संकेत द्वारा कोशिका वंश (lineage) को चुना गया, और दूसरे, Pit-x3 तंत्र द्वारा विशिष्ट सुरक्षात्मक प्रोटीन जोड़ा गया।

शायद सबसे आश्चर्यजनक खोज यह थी कि इन रेशों ने बीमार होने पर कैसा व्यवहार किया। टीम ने उन जेब्राफिश का अध्ययन किया जिनमें एक उत्परिवर्तन (mutation) के कारण मस्कुलर डिस्ट्रॉफी का एक रूप उत्पन्न हुआ था, एक ऐसी बीमारी जहाँ मांसपेशी रेशे टूट जाते हैं और खुद की मरम्मत करने में विफल रहते हैं। इन बीमार मछलियों में, धड़ की मानक मांसपेशियां टूट-फूट और क्षति से भरी हुई थीं। फिर भी, मध्य रेखा के साथ स्थित मेडियल स्लो रेश काफी हद तक सुरक्षित रहे। यहाँ तक कि मछली के सबसे क्षतिग्रस्त हिस्सों में भी, जहाँ पड़ोसी रेश टूट गए थे, ये केंद्रीय रेश अपना आकार बनाए रखने और तंत्रिकाओं (nerves) के साथ अपना संबंध बनाए रखने में सफल रहे। जब शोधकर्ताओं ने यह परीक्षण करने के लिए कि मांसपेशियां कितनी अच्छी तरह ठीक होती हैं, मछली को सुई से घायल किया, तो इन मेडियल स्लो रेशों ने पुनर्जीवन (regeneration) की उल्लेखनीय क्षमता दिखाई। वे घाव के पार नए कनेक्शन बनाने में सक्षम थे, और अक्सर उन अंतरालों को भी पाट देते थे जिन्हें अन्य मांसपेशियां पार नहीं कर पाती थीं।

अध्ययन ने यह भी स्पष्ट किया कि ये रेश क्या नहीं हैं। शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि क्या ये रेश मानक धीमी मांसपेशियों के समान मूल कोशिकाओं से आते हैं या ये किसी विशिष्ट आनुवंशिक उत्परिवर्तन का परिणाम हैं। उन्होंने पाया कि जब धीमी मांसपेशियों को बनाने के लिए जिम्मेदार जीन गायब थे, तब भी ये रेश बन गए, जिससे यह सिद्ध हुआ कि वे एक अलग स्रोत से आते हैं। उन्होंने यह भी पुष्टि की कि ये रेश विकास का केवल एक अस्थायी चरण नहीं थे जो मछली के बड़े होने पर समाप्त हो जाते, बल्कि वे वयस्कता तक बने रहे और अपने अद्वितीय वी-आकार के समूह को बनाए रखा। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि Fhl2 प्रोटीन स्वयं रेश को बनाने के लिए आवश्यक नहीं था; रेश इसके बिना भी बने और कार्यात्मक रहे। यह सुझाव देता है कि Fhl2 इस रेश की विशेष स्थिति का एक मार्कर (सूचक) है, न कि स्वयं रेश का निर्माता।

इन मांसपेशियों के रेशों की एक अलग आबादी की पहचान करके, यह शोध कंकाल की मांसपेशियों की क्षमता के मानचित्र का विस्तार करता है। यह दिखाता है कि शरीर में विशेष कोशिकाएं मौजूद हैं जो विभिन्न प्रकार की मांसपेशियों के बीच की सीमा पर स्थित होती हैं, जो हृदय और आंखों की मांसपेशियों के गुणों को मिलाकर एक ऐसी संरचना बनाती हैं जो स्वाभाविक रूप से क्षति के प्रति प्रतिरोधी है। ये रेश केवल बीमारी के तनाव में जीवित ही नहीं रहते, बल्कि घायल होने पर सक्रिय रूप से खुद की मरम्मत भी करते हैं। ये निष्कर्ष बताते हैं कि मस्कुलर डिस्ट्रॉफी में कुछ मांसपेशियां क्यों बच जाती हैं जबकि अन्य विफल हो जाती हैं, इसका कारण केवल उनका स्थान नहीं है, बल्कि इन दुर्लभ, लचीली कोशिका प्रकारों का अस्तित्व है जिनके पास एक अद्वितीय आणविक कवच है। इन रेशों के स्थायित्व को समझना भविष्य में वैज्ञानिकों को यह सीखने में मदद कर सकता है कि शरीर की अन्य मांसपेशियों को भी उतना ही मजबूत कैसे बनाया जाए।