Metazoan-wide phylogenomics supports the emergence of recognisable canonical prostanoid-receptor family structure across the vertebrate transition
यह मेटाज़ोअन-व्यापी फाइलोगेनोमिक अध्ययन यह प्रदर्शित करता है कि प्रोस्टानॉइड रिसेप्टर्स की मानक आठ-परिवार वाली संरचना एक कशेरुकी-विशिष्ट नवाचार है, जो यह प्रकट करता है कि पूर्व में प्रस्तावित गैर-कशेरुकी होमोलॉग्स वास्तव में विशिष्ट रिसेप्टर वंश हैं जिनकी वर्टेब्रेट EP4 रिसेप्टर्स के साथ स्पष्ट समानता वास्तविक ऑर्थोलॉजी के बजाय फाइलोजेनेटिक निकटता से उत्पन्न होती है।
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जानवरों के शरीर के भीतर, सबसे सरल समुद्री स्पंजों से लेकर जटिल मनुष्यों तक, एक परिष्कृत रासायनिक भाषा सूजन (inflammation), रक्त प्रवाह और प्रजनन जैसी महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं का समन्वय करती है। यह भाषा प्रोस्टानोइड्स नामक लिपिड अणुओं के एक समूह पर निर्भर करती है, जो स्थानीय संदेशवाहकों के रूप में कार्य करते हैं। इन संदेशों को प्राप्त करने के लिए, कोशिकाएं अपनी बाहरी दीवारों में धंसी हुई विशेष प्रोटीनों का उपयोग करती हैं, जिन्हें रिसेप्टर्स (receptors) कहा जाता है। कशेरुकियों (vertebrates), जैसे कि मछली, पक्षी और स्तनधारियों में, ये रिसेप्टर्स आठ विशिष्ट परिवारों में व्यवस्थित होते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट प्रकार के प्रोस्टानोइड संकेत के लिए अनुकूलित होता है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से यह मान लिया था कि यह जटिल आठ-परिवार प्रणाली प्राचीन पूर्वजों से विरासत में मिली थी, जिसका अर्थ था कि जेलीफ़िश या कीटों जैसे बिना रीढ़ वाले जीवों में भी इन आठ विशिष्ट परिवारों के प्रत्यक्ष विकासवादी पूर्वज होने चाहिए।
एक नया अध्ययन इन आठ रिसेप्टर परिवारों के प्रति लंबे समय से चली आ रही इस धारणा को चुनौती देता है, जो पूरे जंतु जगत में इन रिसेप्टर्स के आनुवंशिक इतिहास पर नज़र डालता है। स्वतंत्र शोधकर्ता सेबस्टियानो स्किबेली के नेतृत्व में किए गए इस शोध ने यह निर्धारित करने का प्रयास किया कि इन आठ रिसेप्टर परिवारों की पहचान योग्य संरचना वास्तव में कब और कैसे उभरी। हजारों आनुवंशिक डेटासेट का विश्लेषण करके, सैकड़ों जीव प्रजातियों के माध्यम से, यह अध्ययन प्रकट करता है कि कशेरुकियों में पाया जाने वाला विशिष्ट आठ-परिवार व्यवस्था सभी जानवरों की विशेषता नहीं है, बल्कि एक ऐसा विकास है जो विशेष रूप से कशेरुकियों के संक्रमण के दौरान प्रकट हुआ।
शोधकर्ता ने एक विशाल मात्रा में आनुवंशिक डेटा एकत्र करना शुरू किया, जिसमें 30 विभिन्न जीव समूहों का प्रतिनिधित्व करने वाली 3,000 से अधिक प्रजातियों के प्रोटीन अनुक्रमों (protein sequences) का परीक्षण किया गया। उन्होंने इन अनुक्रमों की तुलना 78 ज्ञात कशेरुकी रिसेप्टर्स के एक सावधानीपूर्वक तैयार किए गए सेट के विरुद्ध की, जो आठ परिवारों के लिए मानक संदर्भ के रूप में कार्य करते हैं। लक्ष्य यह देखना था कि क्या किसी भी गैर-कशेरुकी जीवों के पास ऐसे रिसेप्टर्स हैं जो इन आठ स्थापित श्रेणियों में सटीक रूप से फिट बैठते हैं। शोधकर्ता ने सटीकता सुनिश्चित करने के लिए एक कठोर, बहु-चरणीय प्रक्रिया का उपयोग किया। उन्होंने पहले किसी भी संभावित मिलान को खोजने के लिए एक विस्तृत जाल फैलाया, फिर यह पुष्टि करने के लिए सख्त फिल्टर लागू किए कि प्रोटीनों में सही संरचना है, और अंत में उन्हें विकासवादी वृक्षों (evolutionary trees) पर रखा ताकि यह देखा जा सके कि वे कहाँ संबंधित हैं। इस पद्धति ने उन्हें एक ऐसे रिसेप्टर के बीच अंतर करने की अनुमति दी जो केवल एक कशेरुकी के समान है और एक जो उसका वास्तविक विकासवादी संबंधी है।
परिणाम चौंकाने वाले थे। गैर-कशेरुकी जानवरों से विश्लेषित हजारों अनुक्रमों के बीच, एक भी ऐसा नहीं था जिसे निश्चित रूप से इन आठ मानक परिवारों में से किसी एक के भीतर रखा जा सके। हालांकि कई प्राचीन रिसेप्टर्स व्यापक अर्थ में प्रोस्टानोइड प्रणाली से संबंधित थे, लेकिन वे विशिष्ट समूहों जैसे कि DP1, EP1 से EP4, FP, IP, या TP के अंतर्गत नहीं आते थे। इसके बजाय, गैर-कशेरुकी रिसेप्टर्स ने अपने स्वयं के विशिष्ट वंश (lineages) बनाए जो इन आठ परिवारों के पूरी तरह से बनने से पहले ही अलग हो गए थे। शोधकर्ता ने पाया कि ये प्राचीन रिसेप्टर्स अक्सर एक विशिष्ट कशेरुकी परिवार, EP4 के सबसे करीब दिखाई देते थे, लेकिन यह विकासवादी वृक्ष के आकार के कारण था, न कि EP4 परिवार के वास्तविक पूर्वज होने का प्रमाण। शोधकर्ता ने प्रदर्शित किया कि यह निकटता डेटा का एक ज्यामितीय विरूपण (geometric artifact) था, न कि प्रत्यक्ष वंश का संकेत।
अध्ययन ने पिछले शोध को भी संबोधित किया जिसने समुद्री एनीमोन (sea anemones) और कोरल (corals) में विशिष्ट रिसेप्टर्स को कशेरुकी EP2 और EP4 रिसेप्टर्स के प्रत्यक्ष समकक्ष के रूप में पहचाना था। अधिक व्यापक और कठोर विधियों के साथ आनुवंशिक अनुक्रमों का पुन: परीक्षण करने पर, लेखक ने पाया कि ये असाइनमेंट गलत थे। समुद्री एनीमोन के अनुक्रम वास्तव में प्रोस्टानोइड प्रणाली से संबंधित थे, लेकिन वे विशिष्ट EP2 या EP4 श्रेणियों में फिट नहीं बैठते थे। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि कोरल के अनुक्रम, जिन्हें EP2 और EP4 के रूप में लेबल किया गया था, वास्तव में प्रोस्टानोइड रिसेप्टर परिवार से पूरी तरह से असंबंधित थे, और वे सेल-सरफेस प्रोटीन के विभिन्न समूहों से संबंधित थे। यह सुझाव देता है कि पिछले अध्ययनों ने, जो अत्यधिक सरल समानता खोजों पर निर्भर थे, इन प्राचीन प्रोटीनों की गलत पहचान की होगी।
पहचाने जाने योग्य आठ-परिवार संरचना का उदय कशेरुकियों के विकास के साथ धीरे-धीरे हुआ प्रतीत होता है। अध्ययन इंगित करता है कि आठ विशिष्ट परिवारों में स्पष्ट अलगाव प्रारंभिक कॉर्डेट्स (chordates) से जबड़े वाले कशेरुकियों (jawed vertebrates) के संक्रमण के दौरान स्थापित हुआ। हालांकि कुछ शुरुआती कशेरुकी समूहों, जैसे लैम्प्रे और हेगफिश (hagfish) में इस उभरती हुई संरचना के संकेत मिले, लेकिन पूर्ण, स्थिर व्यवस्था अभी भी अधूरी थी। यह केवल आधुनिक जबड़े वाले कशेरुकियों के पूर्वजों में ही हुआ जब यह प्रणाली आज के आठ परिवारों में सुदृढ़ हुई। शोधकर्ता ने यह समझने के लिए कि ये जीन गुणसूत्रों (chromosomes) पर कैसे गुणन करते हैं, उनके भौतिक स्थान की भी जांच की। उन्होंने पाया कि जबकि रिसेप्टर्स के कुछ जोड़े एक ही गुणसूत्र पर एक साथ रहते थे, जो यह दर्शाता है कि वे स्थानीय प्रतिलिपिकरण (local duplication) द्वारा बनाए गए थे, अन्य बिखरे हुए थे, जो बड़े पैमाने पर जीनोम डुप्लीकेशन से जुड़े अधिक जटिल इतिहास का संकेत देते हैं। हालाँकि, डेटा इस सरल मॉडल का समर्थन नहीं करता है जहाँ सभी आठ परिवारों को एक ही प्राचीन घटना द्वारा एक साथ बनाया गया था।
यह कार्य इस समझ को मौलिक रूप से बदल देता है कि जंतुओं की सिग्नलिंग प्रणालियाँ कैसे विकसित हुईं। यह दिखाता है कि प्रोस्टानोइड संकेतों पर प्रतिक्रिया करने की क्षमता प्राचीन और व्यापक है, जो जंतु जगत में कई रूपों में मौजूद है। हालाँकि, विशिष्ट, अत्यधिक संगठित आठ-परिवार प्रणाली, जो कशेरुकी जीव विज्ञान को परिभाषित करती है, एक बाद का नवाचार है। इनवर्टीब्रेट्स (invertebrates) में पाए जाने वाले रिसेप्टर्स कशेरुकी प्रणाली के टूटे हुए या अधूरे संस्करण नहीं हैं; वे प्रोटीन का एक विविध, स्वतंत्र रूप से विकसित होने वाला समूह हैं जिन्होंने समान कार्यों को पूरा किया लेकिन एक अलग विकासवादी पथ का अनुसरण किया। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि कशेरुकी प्रोस्टानोइड प्रणाली की जटिलता उस वंशावली की एक अनूठी विशेषता है, जो स्थानीय जीन डुप्लीकेशन और बड़े जीनोमिक आयोजनों के मिश्रण से उत्पन्न हुई है, न कि एक पूर्व-मौजूद, पूरी तरह से गठित इनवर्टेब्रेट पूर्वज से सीधे विरासत में मिली है।
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