Proximity Iodo-labeling of Human Cervical Mucus with an Endogenous Peroxidase

हर महीने, मानव शरीर एक जटिल जैविक लय को संचालित करता है जिसे मासिक धर्म चक्र (menstrual cycle) कहा जाता है, यह एक ऐसी प्रक्रिया है जो उन हार्मोनों द्वारा नियंत्रित होती है जो शरीर को संभावित गर्भावस्था के लिए तैयार करते हैं। इस चक्र के केंद्र में गर्भाशय का निचला हिस्सा, यानी गर्भाशय ग्रीवा (cervix) स्थित है, जो एक जेल जैसा पदार्थ उत्पन्न करता है जिसे गर्भाशय ग्रीवा का म्यूकस (cervical mucus) कहा जाता है। यह म्यूकस एक गतिशील द्वारपाल की तरह कार्य करता है। जब महिला प्रजनन योग्य नहीं होती है, तो म्यूकस गाढ़ा और अभेद्य होता है, जो शुक्राणुओं को रोकता है। जैसे-जैसे ओव्यूलेशन (ovulation) का समय करीब आता है, हार्मोनल बदलाव इस बाधा को पतला और अधिक तरल बना देते हैं, जिससे शुक्राणुओं के यात्रा करने के लिए एक स्वागत योग्य मार्ग बन जाता है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि 'गुआयाकोल पेरोक्सीडेज' (guaiacol peroxidase) नामक एक एंजाइम, जो कार्य करने के लिए कैल्शियम पर निर्भर करता है, इस म्यूकस में मौजूद होता है। इस एंजाइम की गतिविधि एक अनुमानित पैटर्न में ऊपर और नीचे जाती है: जब एस्ट्रोजन का स्तर चरम पर होता है, तो ओव्यूलेशन से ठीक पहले यह तेजी से गिर जाता है, और फिर ओव्यूलेशन के बाद जब प्रोजेस्टेरोन प्रभावी होता है, तो यह फिर से बढ़ जाता है। यह अनुमानित उतार-चढ़ाव एक प्राकृतिक घड़ी प्रदान करता है, जिससे शोधकर्ता एंजाइम की गतिविधि को दिन-प्रतिदिन मापकर उपजाऊ खिड़की (fertile window) को ट्रैक कर सकते हैं।

इस समझ पर आधारित, यूनिवर्सिटी ऑफ साउथ फ्लोरिडा के एक शोधकर्ता ने इस जैविक प्रणाली के भीतर देखने का एक नया तरीका विकसित किया है ताकि यह देखा जा सके कि वास्तव में कौन से प्रोटीन एक-दूसरे के साथ परस्पर क्रिया (interact) कर रहे हैं। लक्ष्य केवल एंजाइम की गतिविधि को मापने से आगे बढ़कर उन विशिष्ट प्रोटीनों की पहचान करना था जो इसके आसपास मौजूद होते हैं। ऐसा करने के लिए, शोधकर्ता ने 'प्रॉक्सिमिटी लेबलिंग' (proximity labeling) नामक तकनीक का उपयोग किया। कल्पना कीजिए कि एंजाइम एक छोटा, चमकता हुआ बीकन (beacon) है जो अपने पास खड़े किसी भी प्रोटीन को रासायनिक रूप से टैग कर सकता है। इस अध्ययन में, एंजाइम स्वयं उस बीकन के रूप में कार्य कर रहा था। शोधकर्ता ने एक स्वयंसेवक से उसके चक्र के विभिन्न बिंदुओं पर गर्भाशय ग्रीवा के म्यूकस के नमूने एकत्र किए और रेडियोधर्मी आयोडीन के साथ हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उपयोग किया। एंजाइम ने, स्वाभाविक रूप से कार्य करते हुए, हाइड्रोजन पेरोक्साइड का उपयोग करके आयोडीन को पास के प्रोटीनों से जोड़ने के लिए किया, जिससे उन्हें प्रभावी रूप से चिह्नित किया गया। चूंकि एंजाइम ने स्वयं को और अपने पड़ोसियों को भी टैग किया था, इसलिए शोधकर्ता बाद में मिश्रण को अलग कर सकते थे और यह देखने के लिए संवेदनशील इमेजिंग का उपयोग कर सकते थे कि किन प्रोटीनों को लेबल किया गया था।

इस प्रयोग के परिणाम, जो मासिक धर्म चक्र के 11वें, 15वें और 17वें दिन लिए गए नमूनों पर किए गए थे, ने प्रोटीनों के एक जटिल परिदृश्य को प्रकट किया। इमेजिंग ने दिखाया कि एंजाइम और उसके द्वारा टैग किए गए प्रोटीन म्यूकस के भीतर दो अलग-अलग रूपों में पाए गए: एक घुलनशील रूप जो तरल में स्वतंत्र रूप से तैरता है और एक कणमय (particulate) रूप जो बड़ी संरचनाओं से जुड़ा होता है। 15वें दिन पर, जो ओव्यूलेशन के समय के आसपास का होता है, शोधकर्ताओं ने अन्य दिनों की तुलना में काफी अधिक संख्या में विशिष्ट प्रोटीन बैंड देखे। यह सुझाव देता है कि उपजाऊ खिड़की के दौरान एंजाइम के आसपास का वातावरण अपने परस्पर क्रिया करने वाले साथियों के साथ अधिक भीड़भाड़ वाला हो जाता है। अध्ययन में यह भी नोट किया गया कि बहुत बुनियादी प्रोटीन, जैसे कि कुछ श्वेत रक्त कोशिका एंजाइम, पता नहीं चले क्योंकि वे बहुत बड़े थे या उनके रासायनिक गुण उन्हें विश्लेषण के विशिष्ट दायरे से बाहर रखते थे। इसके अलावा, एक मामले में जहाँ एक स्वयंसेवक को योनि संक्रमण (vaginal infection) हुआ, वहां एंजाइम का स्तर पूरे चक्र के दौरान उच्च बना रहा, जो संभवतः प्रतिरक्षा कोशिकाओं की उपस्थिति के कारण था, जो पुष्टि करता है कि एंजाइम का व्यवहार शरीर की सूजन संबंधी स्थिति (inflammatory state) के प्रति संवेदनशील है।

हालांकि प्रारंभिक प्रयोग में प्रोटीनों को देखने के लिए रेडियोधर्मी आयोडीन का उपयोग किया गया था, लेखक गैर-रेडियोधर्मी आयोडीन और मास स्पेक्ट्रोमेट्री (mass spectrometry) का उपयोग करके आगे बढ़ने का प्रस्ताव देते हैं, जो एक ऐसा उपकरण है जो अणुओं की पहचान उनके वजन और संरचना द्वारा करता है। अगला कदम उस एंजाइम की सटीक पहचान करना है, जो इस अध्ययन में अभी तक अनाम है, और उन विशिष्ट सिग्नलिंग प्रोटीन और अन्य एंजाइमों को सूचीबद्ध करना है जो इसके सबसे करीब स्थित हैं। इन अंतःक्रियाओं का मानचित्रण करके, वैज्ञानिक उस जटिल प्रोटीन जाल को सुलझाने की उम्मीद करते हैं जो गर्भाशय ग्रीवा के कार्यों का समन्वय करते हैं। अंतिम आशा यह है कि इन आणविक पड़ोसियों को समझने से प्रजनन संबंधी समस्याओं या मासिक धर्म चक्र से संबंधित स्थितियों के लिए नए मार्कर मिल सकते हैं, जिससे सूक्ष्म स्तर पर शरीर की प्रजनन मशीनरी के संचालन की एक स्पष्ट तस्वीर मिल सके।