Mammalian TRIM21 Exhibits Gene-Wide Episodic Diversifying Selection with Statistically Supported and Structurally Positioned Evolutionary Candidate Residues
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि स्तनधारी TRIM21 जीन-व्यापी एपिसोडिक विविधीकरण चयन (episodic diversifying selection) से गुजरता है और अवशेष R57 को सबसे मजबूत सांख्यिकीय उम्मीदवार तथा अवशेष 453 को आवर्ती विकासवादी परिवर्तन के लिए सबसे सम्मोहक संरचनात्मक रूप से आधारित परिकल्पना के रूप में पहचानता है, जो भविष्य के कार्यात्मक परीक्षणों के लिए परीक्षण योग्य भविष्यवाणियां प्रदान करता है।
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स्तनपाया जीवों की कोशिकाओं के भीतर, एक निरंतर, अदृश्य युद्ध लड़ा जाता है, जो तलवारों या ढालों से नहीं, बल्कि आणविक पहचान (molecular recognition) से लड़ा जाता है। जब कोई वायरस या बैक्टीरिया आक्रमण करता है, तो शरीर की प्रतिरक्षा प्रणाली अक्सर घुसपैठिये को 'एंटीबॉडी' नामक प्रोटीन के साथ टैग करती है। ये एंटीबॉडीज झंडों की तरह कार्य करती हैं, जो दुश्मन को नष्ट करने के लिए चिह्नित करती हैं। कोशिका के भीतर के तरल पदार्थ, यानी साइटोप्लाज्म में, TRIM21 नामक एक विशिष्ट प्रोटीन इन झंडों के लिए एक अत्यधिक संवेदनशील सेंसर के रूप में कार्य करता है। यह एंटीबॉडी टैग को पकड़ लेता है और ऐसा करते हुए एक ऐसी श्रृंखला शुरू करता है जो आक्रमणकारी रोगजनक (pathogen) को नष्ट कर देती है। क्योंकि यह प्रोटीन प्रतिरक्षा प्रणाली की स्मृति और कोशिका की आंतरिक रक्षा के बीच के महत्वपूर्ण मिलन बिंदु पर स्थित है, इसलिए इस पर बदलने और अनुकूलित होने का अत्यधिक दबाव होता है। यदि कोई वायरस अपने टैग को छिपाने के लिए विकसित होता है, तो TRIM2B को उन्हें फिर से देखने के लिए विकसित होना चाहिए। यह विकासवादी खींचतान (evolutionary tug-of-war) प्रोटीन के डीएनए में एक विशिष्ट छाप छोड़ती है, परिवर्तनों का एक ऐसा पैटर्न जिसे वैज्ञानिक यह समझने के लिए पढ़ सकते हैं कि जीवन लाखों वर्षों से कैसे मुकाबला कर रहा है।
भारत के ओरथानडु पशु चिकित्सा महाविद्यालय के एक शोधकर्ता ने हाल ही में हाथियों और घोड़ों से लेकर मनुष्यों और डॉल्फ़िन तक, नब्बे-छह विभिन्न स्तनपायी प्रजातियों में TRIM21 के इस विकासवादी इतिहास का मानचित्र तैयार किया है। इन जानवरों के आनुवंशिक ब्लूप्रिंट की तुलना करके, यह अध्ययन प्रकट करता है कि TRIM21 एक स्थिर रक्षक नहीं रहा है। इसके बजाय, यह तीव्र परिवर्तन के दौर से गुजरा है, जिसे 'एपिसोडिक डाइवर्सिफाइंग सिलेक्शन' (episodic diversifying selection) के रूप में जाना जाता है। इसका अर्थ यह है कि लंबे समय तक यह प्रोटीन स्थिर रहा, लेकिन इतिहास के विशिष्ट क्षणों में, स्तनपायी जीवों की कुछ वंशावलियों ने तीव्र दबाव का अनुभव किया जिसने प्रोटीन को तेजी से बदलने के लिए मजबूर किया। ये परिवर्तन यादृच्छिक (random) नहीं थे; वे प्रोटीन की सतह के विशिष्ट स्थानों पर केंद्रित थे, जो यह सुझाव देते हैं कि स्तनपदियों के विभिन्न समूहों को उनके स्थानीय रोगजनकों से अलग-अलग चुनौतियों का सामना करना पड़ा। विश्लेषण इस बात की पुष्टि करता है कि तीव्र विकास का यह जीन-व्यापी पैटर्न वास्तविक और सुदृढ़ है, जो केवल जानवरों के एक समूह तक सीमित न होकर संपूर्ण स्तनपायी परिवार में व्याप्त है।
अध्ययन ने केवल पूरे प्रोटीन को देखकर यह खोजने के बजाय कि ये परिवर्तन वास्तव में कहाँ हुए, गहराई से काम किया। शक्तिशाली सांख्यिकीय उपकरणों का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने TRIM21 प्रोटीन के छह विशिष्ट स्थानों की पहचान की जहाँ तीव्र परिवर्तन के प्रमाण सबसे मजबूत थे। इनमें से एक स्थान, जिसे 'रेसिड्यू 57' (residue 57) के रूप में जाना जाता है, सबसे सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण उम्मीदवार के रूप में उभरा। यह स्थान प्रोटीन के एक लचीले क्षेत्र में स्थित है, जो उस हिस्से से दूर है जो सीधे एंटीबॉडी को पकड़ता है। हालांकि डेटा दृढ़ता से संकेत देता है कि यह स्थान विकासवादी दबावों के साथ तालमेल बिठाने के लिए तेजी से बदल रहा है, अध्ययन अभी तक यह नहीं जानता कि इस परिवर्तन का सटीक कार्य क्या है। यह एक मजबूत सांख्यिकीय संकेत बना हुआ है, एक ऐसी जगह जहाँ डीएनए हमें बताता है कि कुछ महत्वपूर्ण हो रहा है, भले ही इसके पीछे की जैविक कहानी अभी पूरी तरह से लिखी न गई हो।
एक अन्य स्थान, 'रेसिड्यू 453', एक अलग तरह की कहानी पेश करता है। यह स्थान ठीक उस इंटरफेस पर स्थित है जहाँ TRIM21 भौतिक रूप से एंटीबॉडी टैग को छूता है। मनुष्यों में, यह स्थान 'ग्लाइसिन' नामक एक सरल निर्माण खंड (building block) द्वारा घेरा गया है, जिसकी अपनी कोई साइड चेन नहीं होती। हालांकि, अध्ययन में पाया गया कि स्तनपायी परिवार की दो अलग-अलग शाखाओं में—गाय वाले समूह और भालू वाले समूह में—यह स्थान स्वतंत्र रूप से 'आर्जिनिन' नामक एक अलग निर्माण खंड में बदल गया है। यह एक दुर्लभ घटना है जहाँ एक ही परिवर्तन अलग-अलग वंशावलियों में दो बार हुआ। यह परीक्षण करने के लिए कि क्या यह केवल एक इत्तेफाक था, शोधकर्ताओं ने कंप्यूटर सिमुलेशन चलाया कि प्रोटीन आमतौर पर कैसे विकसित होते हैं। परिणामों ने दिखाया कि इस विशिष्ट परिवर्तन को इतने कम विकासवादी समय में दो बार होते देखना अत्यधिक असामान्य है, जो सिम्युलेटेड परिदृश्यों में तीन प्रतिशत से भी कम बार होता है। यह सुझाव देता है कि एक तटस्थ मॉडल (neutral model) के तहत यह पुनरावृत्ति सांख्यिकीय रूप से असामान्य है, जो एक परिकल्पना उत्पन्न करती है कि यह परिवर्तन किसी विशिष्ट आवश्यकता द्वारा संचालित हो सकता है, शायद एंटीबॉडी टैग को पकड़ने के तरीके को बदलने के लिए, हालांकि अध्ययन स्पष्ट रूप से नोट करता है कि यह अभी साझा चयनात्मक दबाव या कार्यात्मक समानता का प्रमाण नहीं है।
इन मजबूत संकेतों के बावजूद, शोधकर्ता इस बात के बीच अंतर करने में सावधानी बरतते हैं कि डेटा क्या सिद्ध करता है और वह केवल क्या सुझाव देता है। अध्ययन इस बात की पुष्टि करता है कि TRIM21 विशिष्ट स्थानों पर तेजी से विकसित हो रहा है और ये परिवर्तन सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण हैं। हालांकि, शोध पत्र यह दावा नहीं करता है कि इन्होंने यह सिद्ध कर दिया है कि ये विशिष्ट परिवर्तन प्रोटीन को वायरस से लड़ने में बेहतर बनाते हैं, और न ही इसने उस सटीक रोगजनक की पहचान की है जिसने इस दबाव को उत्पन्न किया। आनुवंशिक परिवर्तनों और प्रोटीन के वास्तविक कार्य के बीच का संबंध एक ऐसी परिकल्पना है जो प्रयोगात्मक परीक्षण की प्रतीक्षा कर रही है। शोधकर्ता प्रस्ताव देते हैं कि भविष्य के अध्ययनों को यह परीक्षण करना चाहिए कि क्या इन विशिष्ट स्थानों को बदलने से एंटीबॉडी को थामे रखने की क्षमता या रोगजनकों को नष्ट करने की प्रभावशीलता में बदलाव आता है। फिलहाल, यह कार्य एक सटीक मानचित्र प्रदान करता है कि विकास कहाँ सबसे अधिक सक्रिय रहा है, जिसमें दो प्रमुख अवशेषों (residues) को उजागर किया गया है—एक जो मजबूत सांख्यिकीय साक्ष्य द्वारा संचालित है और दूसरा जो एक महत्वपूर्ण संपर्क बिंदु पर एक दुर्लभ, दोहराव वाला परिवर्तन है—जो यह समझने के लिए सर्वोत्तम लक्ष्य के रूप में कार्य करते हैं कि हमारी कोशिकीय रक्षा प्रणाली कैसे विकसित होती रहती है।
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