नई ‘आण्विक फ़्लिपबुक’ शोधकर्ताओं को राइबोसोमल गति पर अब तक का सबसे अच्छा नज़रिया देती है

वैज्ञानिक कोशिकाओं के अंदर अल्ट्राफास्ट आणविक प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए एक समान तकनीक का उपयोग करते हैं। विभिन्न समय बिंदुओं पर अणुओं के उच्च-रिज़ॉल्यूशन चित्रों को एक साथ जोड़कर, शोधकर्ता उनके आंदोलन को देखने के लिए एक आणविक फ्लिपबुक बना सकते हैं – यह समझने का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है कि कोशिकाएं कैसे कार्य करती हैं।

पिछले कुछ वर्षों में, विभिन्न अणुओं के लिए इन फ़्लिपबुक के अधिक से अधिक पृष्ठ भरे गए हैं, लेकिन अभी भी कई पृष्ठ गायब हैं, जिससे यह अधूरा दृश्य मिलता है कि अणु कोशिकाओं के अंदर कैसे चलते हैं।

अब, एचएचएमआई के जेनेलिया रिसर्च कैंपस में विकसित एक नई तकनीक वैज्ञानिकों को इन गायब पन्नों को भरने और कोशिकाओं के अंदर अणुओं की गति को प्रकट करने की अनुमति दे रही है जैसा पहले कभी नहीं हुआ था। जेनेलिया में लिपिंकॉट-श्वार्ट्ज लैब के नेतृत्व में एक टीम ने राइबोसोम – कोशिकाओं के अंदर प्रोटीन को संश्लेषित करने वाली आणविक संरचनाओं – की गतिविधि को अभूतपूर्व विस्तार से उजागर करने के लिए उच्च-रिज़ॉल्यूशन टेम्पलेट मिलान या एचआरटीएम नामक तकनीक का उपयोग किया।

राइबोसोम गठनात्मक स्थिति में परिवर्तन से गुजरते हैं, अलग-अलग, सुव्यवस्थित मुद्राएं बनाते हैं जो आरएनए के स्ट्रैंड को संरचना की दो उप-इकाइयों के माध्यम से खिलाने की अनुमति देते हैं जहां आरएनए द्वारा दिए गए निर्देशों को पढ़ा जाता है और प्रोटीन में अनुवादित किया जाता है – एक प्रक्रिया जिसे बढ़ाव कहा जाता है।

एचआरटीएम का उपयोग करते हुए, शोधकर्ता 41 अलग-अलग गठनात्मक अवस्थाओं में राइबोसोम का पता लगाने में सक्षम थे जो पूरे बढ़ाव चक्र को कवर करते हैं। इन अनुक्रमों को एक फ्लिपबुक में संयोजित करके, शोधकर्ताओं ने एक 3डी फिल्म बनाई, जिसने उन्हें राइबोसोम को बढ़ाव प्रक्रिया के माध्यम से आगे बढ़ते हुए देखने की अनुमति दी, जिससे पहले कभी न देखी गई गतिविधियों का पता चलता है जो कि बढ़ाव कैसे होता है, इसके बारे में सुराग प्रदान करता है।

जेनेलिया के 4डी सेल्युलर फिजियोलॉजी अनुसंधान क्षेत्र के प्रमुख और नए शोध के वरिष्ठ लेखक जेनेलिया के वरिष्ठ समूह नेता जेनिफ़र लिपिंकॉट-श्वार्ट्ज कहते हैं, “हम जो देख रहे हैं वह राइबोसोम और परमाणु विस्तार में इसके बाध्यकारी भागीदारों की गति है।”

पूरी तस्वीर मिल रही है

एचआरटीएम को 2017 में जेनेलिया रिसर्च साइंटिस्ट पीटर रिकगाउर, पूर्व जेनेलिया सीनियर फेलो विनफ्राइड डेन्क और पूर्व जेनेलिया ग्रुप लीडर और वर्तमान एचएचएमआई अन्वेषक निकोलस ग्रिगोरिएफ द्वारा विकसित किया गया था।

जबकि वर्तमान इमेजिंग तकनीकों ने शोधकर्ताओं को अणुओं की 3डी छवियां प्राप्त करने में सक्षम बनाया है, ये विधियां या तो कोशिकाओं के बाहर अणुओं को पकड़ लेती हैं या बहुत छोटी आणविक विशेषताओं का पता लगाने में असमर्थ होती हैं। राइबोसोम की विभिन्न गठनात्मक अवस्थाओं को फिर से बनाने के लिए, शोधकर्ताओं को कई छवियों को एक साथ औसत करना पड़ा, जो तेज़, दुर्लभ कॉन्फ़िगरेशन को मिस कर देगा। परिणामस्वरूप, इन विधियों ने शोधकर्ताओं को केवल मुट्ठी भर राइबोसोम की गठनात्मक अवस्थाओं को देखने की अनुमति दी, भले ही उन्हें पता था कि और भी कुछ थे।

“आप पूरी तस्वीर प्राप्त करने में सक्षम नहीं थे,” रिकगाउर कहते हैं, जिन्होंने नए शोध का भी नेतृत्व किया। “यह ऐसा है जैसे आपके पास फ़्लिपबुक का हर दसवां पृष्ठ है।”

इन अन्य तरीकों की तरह, एचआरटीएम अक्षुण्ण जमी हुई कोशिकाओं की इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी छवियों का उपयोग करता है। लेकिन इन कोशिकाओं के अंदर अणुओं की 3डी छवियों को कैप्चर करने की कोशिश करने के बजाय, एचआरटीएम कोशिका के विभिन्न क्षेत्रों की 2डी छवियों में आणविक विशेषताओं का पता लगाता है।

प्रत्येक छवि में रुचि के अणुओं को खोजने के लिए, शोधकर्ता अणु की 3डी संरचना के बारे में ज्ञात जानकारी के आधार पर, वे जो खोज रहे हैं उसके अनुरूप लक्ष्य बनाते हैं। फिर वे किसी भी स्थान या किसी भी अभिविन्यास में इन लक्ष्यों के लिए 2डी छवियों को खोजने के लिए एक कंप्यूटर का उपयोग करते हैं।

जब कोई मिलान पाया जाता है, तो संरचना और उसका स्थान और अभिविन्यास रिकॉर्ड किया जाता है। फिर शोधकर्ता इन मेलों को एक साथ जोड़ना शुरू करते हैं। नए शोध में, इन माचिस का उपयोग विभिन्न विन्यासों में राइबोसोम के निर्माण के लिए किया गया था। आखिरकार, शोधकर्ताओं ने इन छवियों को जोड़कर राइबोसोम की एक निर्बाध 3डी फिल्म बनाई, जो बढ़ाव चक्र में सभी अलग-अलग संरचनाओं के माध्यम से घूम रही है।

बढ़ाव चक्र की फ्लिपबुक फिल्म ने शोधकर्ताओं को राइबोसोम और उसके बंधे लिगेंड्स की गतिविधियों को ट्रैक करने की अनुमति दी। वे अंतर-सबयूनिट ब्रिज प्रोटीन की सहज झुकने की गति और राइबोसोम-बाइंडिंग साइटों के बीच टीआरएनए के स्प्रिंग-जैसे संक्रमण का निरीक्षण करने में सक्षम थे, जो पहले कोशिकाओं में नहीं देखा गया था और बढ़ाव के पीछे आणविक तंत्र के बारे में सुराग प्रकट कर सकता था।

शोधकर्ताओं को यह बेहतर ढंग से समझने में मदद करने के साथ-साथ कि राइबोसोम कैसे कार्य करते हैं, नया शोध कोशिकाओं के अंदर आणविक गति का पता लगाने के लिए एचआरटीएम का उपयोग करने का पहला परीक्षण भी प्रदान करता है। इस तकनीक का उपयोग अन्य प्रकार के आणविक आंदोलन को ट्रैक करने और सेलुलर वातावरण में फार्मास्युटिकल लक्ष्यों को बांधने जैसी बातचीत का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है।

“मुझे लगता है कि यह वास्तव में रोमांचक है क्योंकि यह कोशिकाओं में विभिन्न आणविक परिसरों की संरचनात्मक गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए एक रोडमैप प्रदान करता है,” लिपिंकॉट-श्वार्ट्ज कहते हैं।