Mechanistic insights into Mtb effector EspB-mediated mitochondrial membrane damage
यह अध्ययन उस आणविक तंत्र को स्पष्ट करता है जिसके द्वारा *Mycobacterium tuberculosis* इफ़ेक्टर EspB, माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन Tom70 और लिपिड के साथ एक कॉम्प्लेक्स बनाकर, माइटोकॉन्ड्रियल अखंडता को बाधित करके, होस्ट-सेल मृत्यु को प्रेरित करता है।
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तपेदिक (ट्यूबरकुलोसिस) एक प्राचीन और निरंतर हत्यारा है, जो एक ऐसे जीवाणु के कारण होता है जिसने उन कोशिकाओं के भीतर छिपने की कला में महारत हासिल कर ली है जो उसे नष्ट करने के लिए बनी हैं। जब प्रतिरक्षा प्रणाली के प्रहरी, जिन्हें मैक्रोफेज कहा जाता है, इस जीवाणु को निगल लेते हैं, तो वे आमतौर पर इसे एक छोटे, अम्लीय बुलबुले में फँसा देते हैं जिसे फागोसोम कहा जाता है, जहाँ इसे पचाया जाना होता है। हालाँकि, ट्यूबरकुलोसिस का जीवाणु, जिसे माइकोबैक्टीरियम ट्यूबरकुलोसिस के रूप में जाना जाता है, इस भाग्य से बचने के लिए एक परिष्कृत हथियार विकसित कर चुका है। यह एक विशेष आणविक सिरिंज का उपयोग करके मेजबान कोशिका में प्रोटीन इंजेक्ट करता है, जिससे जाल की दीवारें टूट जाती हैं और बैक्टीरिया को स्वतंत्र रूप से घूमने की अनुमति मिल जाती है। इन इंजेक्ट किए गए प्रोटीनों में एक विशिष्ट इफ़ेक्टर शामिल है जिसे EspB कहा जाता है। जबकि वैज्ञानिक जानते थे कि EspB कोशिका के ऊर्जा केंद्रों, यानी माइटोकॉन्ड्रिया को नुकसान पहुँचा सकता है और अंततः कोशिका को मार सकता है, इसका सटीक तंत्र एक रहस्य बना हुआ था। यह ज्ञात था कि EspB माइटोकॉन्ड्रिया की वसायुक्त झिल्लियों से चिपक सकता है, लेकिन प्रयोगों ने दिखाया कि केवल लिपिड यह समझाने के लिए पर्याप्त नहीं थे कि प्रोटीन ने इतनी गंभीर क्षति कैसे पहुँचाई। प्रश्न यह था कि क्या जीवाणु को माइटोकॉन्ड्रिया के दरवाजे को खोलने के लिए एक विशिष्ट चाबी की आवश्यकता थी, या क्या वसायुक्त झिल्ली अपने आप में पर्याप्त थी।
भारतीय विज्ञान संस्थान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस पहेली को सुलझा लिया है, जिससे यह पता चला है कि EspB अकेला कार्य नहीं करता है। इसके बजाय, यह एक दो-भाग वाले उपकरण की तरह कार्य करता है जिसे काम करने के लिए एक चिपचिपी सतह और एक विशिष्ट हैंडल दोनों की आवश्यकता होती है। अध्ययन प्रदर्शित करता है कि EspB माइटोकॉन्ड्रिया को लक्षित करने के लिए दो चीजों को पकड़ता है: माइटोकॉन्ड्रियल बाहरी झिल्ली बनाने वाले वसायुक्त लिपिड और एक विशिष्ट रिसेप्टर प्रोटीन जिसे Tom70 कहा जाता है। Tom70 कोशिका का एक सामान्य हिस्सा है, जो आमतौर पर अन्य प्रोटीनों को माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करने में मदद करने के लिए जिम्मेदार होता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि EspB इस प्रोटीन का अपहरण कर लेता है, और खुद को माइटोकॉन्ड्रिया से मजबूती से जोड़ने के लिए इसे एक डॉकिंग स्टेशन के रूप में उपयोग करता है। Tom70 के साथ इस संबंध के बिना, EspB प्रभावी रूप से माइटोकॉन्ड्रिया से बंध नहीं सकता है या उस क्षति को नहीं पहुँचा सकता है जिससे कोशिका मृत्यु होती है।
इस तंत्र को उजागर करने के लिए, वैज्ञानिकों ने पहले कोशिकाओं से EspB प्रोटीन और माइटोकॉन्ड्रिया को अलग किया। उन्होंने देखा कि जब EspB को माइटोकॉन्ड्रिया के साथ मिलाया गया, तो यह सतह से चिपक गया, जिससे माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली रिसने लगी। हालाँकि, जब उन्होंने माइटोकॉन्ड्रिया को उन एंजाइमों से उपचारित किया जो सतह पर मौजूद प्रोटीनों को चबाकर खत्म कर देते हैं, तो EspB ने अपनी पकड़ खो दी और प्रभावी ढंग से बंध नहीं सका। इससे यह संकेत मिला कि एक प्रोटीन रिसेप्टर इस परस्पर क्रिया के लिए आवश्यक था। इस लापता हिस्से की पहचान करने के लिए, टीम ने प्रोटीनों को माइटोकॉन्ड्रियल अर्क के साथ मिलाया और परिणामी मिश्रण का विश्लेषण करने के लिए मास स्पेक्ट्रोमेट्री नामक तकनीक का उपयोग किया। विश्लेषण ने सीधे Tom70 की ओर संकेत किया जो प्राथमिक साथी था। आगे के प्रयोगों ने पुष्टि की कि EspB, Tom7о के साथ मजबूती से बंधता है, जिसकी विशिष्ट शक्ति 131.5 नैनोमोलर के स्तर पर मापी गई, जो एक मजबूत और विशिष्ट संबंध को दर्शाता है।
शोधकर्ताओं ने फिर एक शक्तिशाली इमेजिंग तकनीक का उपयोग करके इस साझेदारी की संरचना को देखा, जिसे क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी कहा जाता है, जो वैज्ञानिकों को आणविक स्तर के निकटतम रिज़ॉल्यूशन पर देखने की अनुमति देती है। उन्होंने पाया कि EspB सात भागों से बनी एक वलय जैसी संरचना बनाता है, और जब यह Tom70 से जुड़ता है, तो रिसेप्टर इस वलय के निचले हिस्से में बैठ जाता है, जिससे केंद्रीय छेद आंशिक रूप से अवरुद्ध हो जाता है। चित्रों ने दिखाया कि यह जुड़ाव कठोर नहीं है; Tom70 प्रोटीन अपनी स्थिति को थोड़ा बदल सकता है, जो एक लचीले लेकिन दृढ़ जुड़ाव का सुझाव देता है। इन दोनों अणुओं के फिट होने का एक विस्तृत मॉडल बनाने के माध्यम से, टीम ने EspB प्रोटीन पर दो विशिष्ट स्थानों की पहचान की, जो स्थिति 69 और 179 पर स्थित हैं, जो प्राथमिक संपर्क बिंदु के रूप में कार्य करते हैं। ये स्थान रासायनिक बंधन बनाते हैं जो Tom70 प्रोटीन के साथ जुड़ते हैं, जिससे दोनों आपस में लॉक हो जाते हैं।
यह सिद्ध करने के लिए कि ये विशिष्ट संपर्क बिंदु महत्वपूर्ण थे, वैज्ञानिकों ने EspB प्रोटीन के उत्परिवर्तित (म्यूटेंट) संस्करण बनाए जहाँ इन दो स्थानों को बदल दिया गया था। जब उन्होंने इन म्यूटेंट का परीक्षण किया, तो उन्होंने पाया कि परिवर्तित EspB अब Tom70 से बंध नहीं सकता है। जीवित यीस्ट कोशिकाओं में, जो मानव कोशिकाओं के मॉडल के रूप में कार्य करती हैं, सामान्य EspB प्रोटीन ने एपोप्टोसिस, या प्रोग्राम्ड सेल डेथ (कोशिका मृत्यु) जैसी प्रक्रिया को ट्रिगर करके कोशिकाओं को मार दिया। यह मृत्यु माइटोकॉन्ड्रिया की ऊर्जा उत्पादन की क्षमता में गिरावट और उनकी झिल्लियों के विद्युत आवेश के नुकसान के साथ हुई। हालाँकि, जब कोशिकाओं को म्यूटेंट EspB के संपर्क में लाया गया जो Tom70 से बंध नहीं सकता था, तो माइटोकॉन्ड्रिया स्वस्थ रहे और कोशिकाएं जीवित रहीं। इसने पुष्टि की कि Tom70 के साथ परस्पर क्रिया केवल एक दुष्प्रभाव नहीं है, बल्कि वह आवश्यक चरण है जो EspB को माइटोकॉन्ड्रिया को नष्ट करने की अनुमति देता है।
निष्कर्ष संक्रमण के दौरान घटनाओं के एक स्पष्ट क्रम का सुझाव देते हैं। एक बार जब ट्यूबरकुलोसिस का जीवाणु मैक्रोफेज के भीतर प्रारंभिक जाल से बच निकलता है, तो वह कोशिका के आंतरिक भाग में EspB छोड़ देता है। यह प्रोटीन फिर माइटोकॉन्ड्रिया की तलाश करता है, और खुद को स्थापित करने के लिए Tom70 रिसेप्टर का उपयोग करता है। एक बार जुड़ जाने के बाद, यह कॉम्प्लेक्स माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली को बाधित करता है, जिससे ऊर्जा उत्पादन रुक जाता है और कोशिका की आत्मघाती प्रक्रिया शुरू हो जाती है। कोशिका मृत्यु प्रतिरक्षा प्रणाली की रक्षा को कमजोर करती है और बैक्टीरिया को फैलने में मदद करती है। अध्ययन इस विचार को खारिज करता है कि EspB केवल झिल्ली के वसायुक्त लिपिड के साथ परस्पर क्रिया करके कार्य करता है; Tom70 रिसेप्टर के बिना, क्षति नहीं होती है। हालाँकि शोधकर्ता प्रोटीनों के लचीलेपन के कारण पूरे कॉम्प्लेक्स की सटीक परमाणु संरचना निर्धारित नहीं कर सके, लेकिन कई प्रयोगों से प्राप्त साक्ष्य इस बात पर बहुत कम संदेह छोड़ते हैं कि यह साझेदारी ही इस घातक रणनीति की कुंजी है। वैज्ञानिक अब यह समझ सकते हैं कि EspB, Tom70 के साथ कैसे जुड़ता है, जिससे ट्यूबरकुलोसिस के disabling (अक्षम करने) के तरीके की स्पष्ट तस्वीर मिलती है, जो इस विशिष्ट परस्पर क्रिया को रोकने और बैक्टीरिया को रोकने के लिए उपचार के नए रास्ते खोल सकती है।
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