Dual H3K27me3 and H3K9 methylation establish epigenetic barriers to extraembryonic plasticity
यह अध्ययन द्वि-चरणीय H3K27me3 और H3K9 मिथाइलेशन को प्रगतिशील एपिजेनेटिक बाधाओं के रूप में पहचानता है जो प्रीइम्प्लांटेशन विकास के दौरान एक्स्ट्राएम्ब्रियोनिक प्लास्टिसिटी को प्रतिबंधित करते हैं, यह प्रदर्शित करते हुए कि उनका एक साथ निष्कासन भ्रूणीय स्टेम कोशिकाओं को बहुमुखी एक्स्ट्राएम्ब्रियोनिक जैसी कोशिकाओं में पुनर्गठित कर सकता है जो ट्रोफोएक्टोडर्म और प्रिमिटिव एंडोडर्म वंशों दोनों में योगदान करने में सक्षम होती हैं।
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प्रत्येक स्तनपायी का जीवन एक एकल कोशिका के रूप में शुरू होता है जो विभाजित और गुणा होती है, और अंततः ब्लास्टोसिस्ट नामक कोशिकाओं के एक छोटे गोले के रूप में विकसित होती है। इस गोले के भीतर, कोशिकाओं को एक महत्वपूर्ण निर्णय लेना होता है: कुछ कोशिकाएं जानवर का शरीर बनेंगी, जबकि अन्य उन सहायक संरचनाओं का निर्माण करेंगी, जैसे कि प्लेसेंटा (अपरा), जो भ्रूण को बढ़ने और पोषक तत्व प्राप्त करने में सक्षम बनाती हैं। यह विभाजन बहुत जल्दी होता है, और एक बार जब कोई कोशिका शरीर का हिस्सा बनने के लिए प्रतिबद्ध हो जाती है, तो वह आमतौर पर उन सहायक ऊतकों में बदलने की क्षमता खो देती है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते थे कि जीव के सही ढंग से विकसित होने के लिए यह लचीलेपन का नुकसान आवश्यक है, लेकिन वे उस आणविक "ताले" को पूरी तरह से नहीं समझ पाए थे जो इन शरीर की कोशिकाओं को अपना मन बदलने और फिर से प्लेसेंटल ऊतक बनने से रोकता है। कोशिकाएं अपने वैकल्पिक भविष्य को स्थायी रूप से कैसे भूल जाती हैं, यह प्रश्न विकासात्मक जीव विज्ञान का एक केंद्रीय रहस्य बना हुआ था।
सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब उन विशिष्ट रासायनिक टैग्स की पहचान कर ली है जो इन तालों के रूप में कार्य करते हैं। उन्होंने पाया कि दो प्रकार के आणविक निशान, जो कोशिकाओं के भीतर डीएनए पैकेजिंग पर स्थित होते हैं, मिलकर प्लेसेंटल ऊतक बनाने के निर्देशों को सील करने का काम करते हैं। इन निशानों को H3K27me3 और H3K9 मिथाइलेशन कहा जाता है। इसे ऐसे समझें कि ये ब्लूप्रिंट (खाकों) पर लगाए जाने वाले दो अलग-अलग प्रकार के भारी-भरकम टेप हैं ताकि उन्हें बंद रखा जा सके। विकास के शुरुआती चरणों में, इससे पहले कि कोशिकाएं अपना भाग्य तय करें, ये टेप पूरी तरह से नहीं लगाए जाते हैं, जिससे कोशिकाएं लचीली बनी रहती हैं। हालांकि, जैसे-जैसे कोशिकाएं शरीर बनाने वाले प्रकार में परिपक्व होती हैं, ये टेप प्लेसेंटा बनाने के लिए जिम्मेदार जीन पर मजबूती से लगा दिए जाते हैं, जिससे वे निर्देश प्रभावी रूप से लॉक हो जाते हैं।
यह सिद्ध करने के लिए कि ये दोनों निशान वास्तव में बाधाएं थे, वैज्ञानिकों ने चूहों की स्टेम कोशिकाओं का उपयोग करके एक सटीक प्रयोग किया, जो सामान्यतः शरीर बनाने वाली कोशिकाओं के समान होती हैं और प्लेसेंटल ऊतक नहीं बना सकतीं। उन्होंने इन कोशिकाओं को एक रासायनिक मिश्रण (कॉक्टेल) के साथ उपचारित किया जिसे दोनों प्रकार के टेप को एक साथ हटाने के लिए डिज़ाइन किया गया था। परिणाम तत्काल और चौंकाने वाला था। एक बार जब रासायनिक बाधाएं हटा दी गईं, तो स्टेम कोशिकाएं केवल वैसी ही नहीं रहीं; वे बदलने लगीं। वे प्लेसेंटल ऊतक के लिए उन जीनों को सक्रिय करने लगीं जिन्हें लॉक कर दिया गया था। शोधकर्ताओं ने देखा कि ये रासायनिक रूप से उपचारित कोशिकाएं दो अलग-अलग प्लेसेंटल कोशिका प्रकारों के संकर (हाइब्रिड) की तरह दिखने और व्यवहार करने लगीं: एक जो भ्रूण की बाहरी परत बनाती है और दूसरी जो योक सैक (yolk sac) की आंतरिक परत बनाती है। उन्होंने इन नई कोशिकाओं को "केमिकली इंड्यूस्ड एक्स्ट्राएम्ब्रायोनिक-लाइक सेल्स" या संक्षेप में iExLCs नाम दिया।
शोधकर्ता केवल लैब डिश में अवलोकन करने तक ही सीमित नहीं रहे; वे यह देखना चाहते थे कि क्या ये नए अनलॉक हुई कोशिकाएं वास्तव में एक जीवित प्रणाली में कार्य कर सकती हैं। उन्होंने iExLCs को सामान्य स्टेम कोशिकाओं के साथ मिलाया और उन्हें छोटे, कृत्रिम भ्रूणों के रूप में संगठित होते देखा, जिन्हें ब्लास्टोइड्स कहा जाता है। इन संरचनाओं में, iExLCs स्वाभाविक रूप से प्लेसेंटा के समान एक परत बनाने के लिए बाहरी किनारों पर चली गईं, जबकि सामान्य स्टेम कोशिकाएं शरीर जैसे कोर को बनाने के लिए केंद्र में रहीं। इसका और अधिक परीक्षण करने के लिए, उन्होंने इन कृत्रिम भ्रूणों को एक गर्भवती चूहे के गर्भाशय में रखा। हालांकि ये कृत्रिम भ्रूण पूर्ण चूहे विकसित नहीं हो सके, लेकिन उन्होंने गर्भाशय को गर्भावस्था के लिए तैयार करने के लिए सफलतापूर्वक प्रेरित किया, जो इस बात का संकेत है कि कोशिकाएं जैविक रूप से सक्रिय थीं और एक वास्तविक माँ के साथ संवाद करने में सक्षम थीं। महत्वपूर्ण रूप से, जब उन्होंने इन विकसित होती संरचनाओं के भीतर कोशिकाओं को ट्रैक किया, तो उन्होंने पाया कि iExLCs ने सफलतापूर्वक बाहरी प्लेसेंटल परत और आंतरिक योक सैक परत दोनों में योगदान दिया था, जिससे यह सिद्ध हुआ कि दो रासायनिक निशानों को हटाने से कोशिकाओं की दोनों प्रकार के सहायक ऊतकों में बदलने की क्षमता बहाल हो गई थी।
उपचार से पहले और बाद में कोशिकाओं के रासायनिक परिदृश्य का मानचित्रण करके, टीम ने दिखाया कि यह परिवर्तन ठीक कैसे हुआ। उन्होंने पाया कि दो दमनकारी निशानों को हटाना पहले हुआ, जिससे एक ऐसा अनुकूल वातावरण बना जहाँ जीन चालू होने के लिए तैयार थे। इस रासायनिक बाधा के हटने के बाद ही कोशिकाएं प्लेसेंटल ऊतक बनाने के लिए आवश्यक प्रोटीन का सक्रिय रूप से उत्पादन करने लगीं। यह क्रम बताता है कि ये दो निशान एक द्वारपाल (गेटकीपर) की तरह कार्य करते हैं; जब तक वे मौजूद हैं, जीन शांत रहते हैं चाहे अन्य संकेत कुछ भी हों। एक बार द्वार खुल जाने पर, कोशिकाएं अपने पर्यावरण के प्रति प्रतिक्रिया कर सकती हैं और अपना मार्ग चुन सकती हैं।
यह कार्य स्पष्ट करता है कि जीवन अपनी पहचान को कैसे स्थिर करता है। यह दिखाता है कि एक लचीली, बहु-क्षमता वाली कोशिका से एक विशिष्ट कोशिका में संक्रमण केवल शरीर के लिए सही जीन को चालू करने के बारे में नहीं है, बल्कि अन्य संभावनाओं के लिए जीनों को सक्रिय रूप से और स्थायी रूप से चुप कराने के बारे में भी है। अध्ययन दर्शाता है कि यह साइलेंसिंग (चुप कराना) रासायनिक दमन की एक दोहरी प्रणाली के माध्यम से प्राप्त की जाती है। जबकि शोधकर्ताओं ने दिखाया कि वे प्रयोगशाला सेटिंग में इस प्रक्रिया को उलटकर नई क्षमता वाली कोशिकाएं बना सकते हैं, उन्होंने यह भी नोट किया कि ये कोशिकाएं अपने दम पर एक पूर्ण, व्यवहार्य भ्रूण नहीं बना सकतीं, जो यह उजागर करता है कि प्राकृतिक विकासात्मक पथ एक जटिल, कड़ाई से विनियमित यात्रा है जिसे केवल कुछ रासायनिक तालों को हटाकर पूरी तरह से दोहराया नहीं जा सकता है। ये निष्कर्ष उन एपिजेनेटिक बाधाओं का एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करते हैं जो शरीर की पहचान की रक्षा करती हैं, जिससे यह समझने में मदद मिलती है कि कोशिकाएं यह कैसे याद रखती हैं कि वे कौन हैं और वे क्या बनने की अनुमति रखती हैं।
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