महत्वपूर्ण कोशिका रिसेप्टर्स की छवियाँ आशाजनक नई दवा लक्ष्य दिखाती हैं

ये रिसेप्टर्स कई प्रक्रियाओं में शामिल होते हैं, जैसे कि ऊतक कैसे बढ़ते हैं, प्रतिरक्षा प्रणाली कैसे काम करती है और अंग कैसे बनते हैं। एजीपीसीआर की समस्याओं से कैंसर, मस्तिष्क संबंधी विकार और विकास संबंधी समस्याएं भी हो सकती हैं। शरीर में स्पष्ट रूप से महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के बावजूद, एजीपीसीआर को लक्षित करने के लिए कोई दवा स्वीकृत नहीं है क्योंकि वे बड़ी, जटिल और अध्ययन करने में कठिन हैं।

शिकागो विश्वविद्यालय का नया शोध एक सामान्य एजीपीसीआर की पूरी संरचना का अध्ययन करने के लिए दो शक्तिशाली इमेजिंग तकनीकों को जोड़ता है, जिसमें इसका लंबा और जटिल बाह्यकोशिकीय क्षेत्र कोशिका की सतह में एम्बेडेड ट्रांसमेम्ब्रेन क्षेत्र के साथ कैसे इंटरैक्ट करता है। बाह्यकोशिकीय क्षेत्र की विभिन्न स्थितियाँ और गतिविधियाँ रिसेप्टर को सक्रिय करने का एक महत्वपूर्ण तरीका प्रतीत होती हैं।

यूशिकागो में बायोकैमिस्ट्री और आण्विक जीवविज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर और नए अध्ययन के वरिष्ठ लेखक डेमेट आराक, पीएचडी, ने कहा, “यह ड्रगिंग आसंजन जीपीसीआर के लिए नए अवसर खोलता है, क्योंकि अब हम दिखा रहे हैं कि बाह्य कोशिकीय क्षेत्र ट्रांसमेम्ब्रेन क्षेत्र के साथ संचार कर रहा है।” . परिणाम इस महीने प्रकाशित किए गए थे प्रकृति संचार.

नई छवियां और नई कॉन्फ़िगरेशन कैप्चर करना

एजीपीसीआर का बाह्यकोशिकीय क्षेत्र कोशिका झिल्ली से कोशिका के बाहर अंतरिक्ष तक फैला होता है, जहां यह अन्य कोशिकाओं के अणुओं और रिसेप्टर्स से जुड़ सकता है। इसमें कई डोमेन शामिल हैं, जिसमें जीपीसीआर ऑटोप्रोटोलिसिस इंड्यूसिंग (जीएआईएन) डोमेन शामिल है, जो खुद को दो टुकड़ों में विभाजित कर सकता है।

एजीपीसीआर को सक्रिय करने की सामान्य समझ यह है कि कोशिका के बाहर से एक लिगैंड बाह्यकोशिकीय डोमेन में से एक से जुड़ता है और बल लगाता है जो GAIN डोमेन को उसके दूसरे टुकड़े से अलग करता है, एक पेप्टाइड जिसे टेथर्ड एगोनिस्ट (टीए) कहा जाता है जो जुड़ा रहता है ट्रांसमेम्ब्रेन क्षेत्र. जब टीए अलग हो जाता है, तो यह सिग्नलिंग शुरू करने के लिए ट्रांसमेम्ब्रेन क्षेत्र के साथ स्थानांतरित और बातचीत कर सकता है, लेकिन जैव रसायन अनुसंधान के बढ़ते निकाय से पता चलता है कि कई एजीपीसीआर कार्य इस दरार-निर्भर तंत्र पर निर्भर नहीं होते हैं। GAIN डोमेन को अलग करना भी अपरिवर्तनीय है, जिससे रिसेप्टर लगातार “चालू” स्थिति में रहता है, जो कोशिका के लिए हानिकारक हो सकता है। कभी-कभी किसी सेल को रिसेप्टर को चालू और बंद करने की आवश्यकता हो सकती है, इसलिए ऐसा करने का कोई अन्य तरीका होना चाहिए।

अराक की प्रयोगशाला पूर्ण-लंबाई एजीपीसीआर की संरचना को प्रकट करने के लिए 11 वर्षों से काम कर रही है, यह जानने की उम्मीद में कि आने वाले सिग्नल कोशिका के बाहर से अंदर तक कैसे प्रसारित होते हैं। इन रिसेप्टर्स को पूरी तरह से समझना बेहद मुश्किल है क्योंकि बाह्य कोशिकीय क्षेत्रों में कई जटिल और विशिष्ट विन्यास होते हैं। स्नातक छात्र सिजमन कोर्डन, पीएचडी, ने नए अध्ययन का नेतृत्व किया, जिसमें पिछले छात्र के काम को लेट्रोफिलिन 3 की पूरी संरचना की छवियों को पकड़ने के लिए चुना गया, एक एजीपीसीआर जो मस्तिष्क सिनैप्स विकसित करने में शामिल है, जिसे ध्यान घाटे की सक्रियता विकार और कई कैंसर से भी जोड़ा गया है। .

कोर्डन और आराक ने लैट्रोफिलिन3 के उत्पादन और शुद्धिकरण को अनुकूलित किया और प्रारंभिक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी छवियों को कैप्चर किया, लेकिन रिसेप्टर की एक अच्छी तस्वीर प्राप्त करने के लिए उन्हें कई चुनौतियों का सामना करना पड़ा। इसके बाद उन्होंने एक सिंथेटिक एंटीबॉडी बनाने के लिए, जो एजीपीसीआर से जुड़ सके, एक सिंथेटिक एंटीबॉडी बनाने के लिए यूशिकागो में बायोकैमिस्ट्री और आणविक जीवविज्ञान के ओथो एसए स्प्रैग विशिष्ट सेवा प्रोफेसर, एंटनी कोसिआकॉफ़, पीएचडी के साथ काम किया। इस एंटीबॉडी ने बाह्यकोशिकीय क्षेत्र को स्थिर कर दिया और इसे एक विशिष्ट आकार दिया, जिसने कोर्डन को क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (क्रायो-ईएम) का उपयोग करके पूर्ण रिसेप्टर संरचना को पकड़ने की अनुमति दी, एक इमेजिंग तकनीक जो स्नैपशॉट के लिए कोशिकाओं और अणुओं को जमा देती है। परिणामी छवियां संपूर्ण एजीपीसीआर की पहली ज्ञात संरचना बन गईं।

क्रायो-ईएम छवियों से पता चला कि रिसेप्टर के GAIN डोमेन ने कोशिका की सतह के संबंध में कई अलग-अलग स्थिति ग्रहण की। GAIN डोमेन की प्रत्येक भिन्न स्थिति ने इसके और ट्रांसमेम्ब्रेन क्षेत्र के बीच एक अलग संपर्क बिंदु बनाया। शोधकर्ताओं को आश्चर्य हुआ कि क्या ये अलग-अलग कॉन्फ़िगरेशन GAIN डोमेन को पूरी तरह से अलग किए बिना, सेल से संचार करने का एक अलग साधन हो सकते हैं। इसलिए, उन्होंने प्रयोगों की दूसरी श्रृंखला चलाने के लिए नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी में आणविक बायोसाइंसेज के एसोसिएट प्रोफेसर रेजा वफाबख्श, पीएचडी और नॉर्थवेस्टर्न में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता क्रिस्टीना सेचोवा, पीएचडी के साथ साझेदारी की, जो बाह्य क्षेत्रों की गतिविधियों पर नज़र रखती थी।

सेचोवा और टीम ने फोर्स्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण (एफआरईटी) इमेजिंग का उपयोग किया, जो एक दूसरे के करीब अणुओं के बीच ऊर्जा हस्तांतरण को माप सकता है। एजीपीसीआर के बाह्यकोशिकीय और ट्रांसमेम्ब्रेन दोनों क्षेत्रों पर अलग-अलग बिंदुओं पर फ्लोरोसेंट मार्कर संलग्न करने के बाद, वे इसकी गतिविधियों को ट्रैक कर सकते थे क्योंकि यह उस पर खींचने और धकेलने वाले आसंजन बलों का जवाब देता था। उन्होंने जो देखा उससे विभिन्न विन्यासों के कार्य के बारे में उनके संदेह की पुष्टि हुई।

कोर्डन ने कहा, “अलग-अलग गठन संबंधी स्थितियां रिसेप्टर की अलग-अलग सिग्नलिंग गतिविधि से संबंधित हैं।” “यह सेल में डाउनस्ट्रीम सिग्नलिंग पर इन अनुरूपताओं की कार्यात्मक प्रासंगिकता को दर्शाता है।” कॉर्डन, जिन्होंने 2024 में स्नातक की उपाधि प्राप्त की, को बाद में इस परियोजना पर अपने काम के लिए यूशिकागो में जैव रसायन और आणविक जीवविज्ञान विभाग से सर्वश्रेष्ठ शोध प्रबंध पुरस्कार प्राप्त हुआ।

रिसेप्टर्स को सक्रिय करने का एक नया तरीका

अराक ने कहा कि अब उन्हें एजीपीसीआर की संरचना और वे कैसे काम करते हैं, इसकी बेहतर समझ है, वे अन्य रिसेप्टर्स की तरह ही दवाओं के साथ उन्हें लक्षित करने की क्षमता देख सकते हैं। शोधकर्ता इमेजिंग के लिए उन्हें स्थिर करने के लिए इस अध्ययन में उपयोग किए गए एंटीबॉडी जैसे इंजीनियर कर सकते हैं, लेकिन इसके बजाय उनकी गतिविधि में हेरफेर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। चूंकि एजीपीसीआर में अलग-अलग आकार और संरचनाएं होती हैं, इसलिए ये एंटीबॉडी बहुत सटीक भी हो सकते हैं। मनुष्यों में पहले से ही पहचाने गए 33 अलग-अलग एजीपीसीआर के साथ, बहुत सारे अवसर हैं।

अराक ने कहा, “यह ड्रगिंग आसंजन जीपीसीआर का भविष्य हो सकता है।” “इसका लाभ यह है कि बाह्य कोशिकीय क्षेत्र एक-दूसरे से बहुत भिन्न होते हैं, इसलिए आप उन्हें ऐसी दवा से लक्षित कर सकते हैं जो अन्य रिसेप्टर्स से बंधती नहीं है और अवांछित दुष्प्रभाव पैदा नहीं करती है।”