तंत्रिका कोशिकाओं में ऊर्जा बचाने के लिए अद्भुत रणनीति होती है और अभी भी अपने कार्यों में सबसे महत्वपूर्ण प्रदर्शन करते हैं। यूनिवर्सिटी अस्पताल बॉन (यूकेबी) और बॉन विश्वविद्यालय के साथ -साथ यूनिवर्सिटी मेडिकल सेंटर गोटिंगेन के शोधकर्ताओं ने पाया कि न्यूरोनल एनर्जी कंजर्वेशन प्रोग्राम मैसेंजर आरएनए (mRNA) और प्रोटीन के स्थान और संख्या को निर्धारित करता है, और लंबाई के आधार पर भिन्न होता है, दीर्घायु और संबंधित अणु के अन्य गुण। काम अब पत्रिका में प्रकाशित किया गया है प्रकृति संचार।
हम सभी ने हाल के वर्षों में ऊर्जा को बचाने की आवश्यकता का अनुभव किया है। ऐसा करने के लिए, हम सभी को ऊर्जा बचाने के लिए रणनीतियों के साथ आना था, जबकि अभी भी हमारी सबसे महत्वपूर्ण जरूरतों को पूरा करता है। “हमारी तंत्रिका कोशिकाएं एक समान दुविधा का सामना कर रही हैं: उन्हें अपने सिनेप्स की आपूर्ति करनी होती है, अर्थात अन्य न्यूरॉन्स के साथ उनके संपर्क बिंदु, लेकिन अपने प्रोटीन संश्लेषण को इस तरह से व्यवस्थित करते हैं कि वे बहुत अधिक या बहुत कम प्रोटीन का उत्पादन नहीं करते हैं। एक ही समय में, उन्हें लंबी दूरी पर प्रोटीन को सिनैप्स तक ले जाना पड़ता है और उनके ऊर्जा बजट पर भी ध्यान देना पड़ता है। इसी लेखक प्रो। प्रो। टटजाना तचुमचेंको, इंस्टीट्यूट फॉर एक्सपेरिमेंटल एपिलेप्टोलॉजी एंड कॉग्निशन रिसर्च के शोध समूह के नेता यूकेबी और ट्रांसडिसिप्लिनरी रिसर्च एरियाज (टीआरए) “लाइफ एंड हेल्थ” और “मॉडलिंग” के सदस्य के रूप में शोध टीम से पूछे गए। बॉन विश्वविद्यालय।
ऊर्जा-बचत के उपाय प्रोटीन वितरण की व्याख्या करते हैं
अपने अपेक्षाकृत छोटे आकार के बावजूद, मस्तिष्क शरीर की कुल ऊर्जा का लगभग 20 प्रतिशत उपभोग करता है। सभी कोशिकाओं के साथ, न्यूरोनल कार्य सख्त ऊर्जा बाधाओं के अधीन हैं, जो विशेष रूप से इसकी उच्च ऊर्जा आवश्यकताओं के कारण मस्तिष्क में स्पष्ट हैं। अनुसंधान टीम यह दिखाने में सक्षम थी कि सभी न्यूरोनल अणुओं का संश्लेषण और क्षरण एक विशेष रूप से उच्च सेलुलर ऊर्जा व्यय का प्रतिनिधित्व करता है और इसलिए ऊर्जा-बचत उपायों की आवश्यकता होती है। न्यूरॉन्स सहित सभी कोशिकाओं को ठीक से काम करने के लिए प्रोटीन की आवश्यकता होती है। इन्हें जीन अभिव्यक्ति के रूप में जानी जाने वाली एक प्रक्रिया के माध्यम से निर्मित किया जाता है, जिसमें प्रासंगिक जानकारी एक जीन से मैसेंजर आरएनए (mRNA) में कॉपी की जाती है। परिपक्व mRNA को तब आवश्यक प्रोटीन में अनुवादित किया जाता है। जैव रसायन और माइक्रोस्कोपी में प्रगति के लिए धन्यवाद, अब कोशिकाओं में व्यक्तिगत mRNA प्रतियों और संबंधित प्रोटीन के स्थान को ठीक से मैप करना और हजारों mRNA और प्रोटीन प्रजातियों के लिए संख्या को निर्धारित करना संभव है। पहली बार, यह शोधकर्ताओं को जटिल संगठनात्मक सिद्धांतों का अध्ययन करने में सक्षम बनाता है जो स्थानिक जीन अभिव्यक्ति पैटर्न को नियंत्रित करते हैं और सभी प्रकार के अणुओं में लागू होते हैं।
अनुसंधान टीम ने दस से अधिक बड़े पैमाने पर mRNA और प्रोटिओमिक्स स्क्रीन से प्रायोगिक डेटा को संयुक्त रूप से हजारों आणविक प्रजातियों को शामिल किया। “हमने पाया कि ऊर्जा के संरक्षण के लिए ड्राइव mRNA और प्रोटीन संख्या और स्थान को निर्धारित करती है, प्रत्येक आणविक प्रजातियों को अणु की लंबाई, जीवनकाल और अन्य गुणों के आधार पर अलग -अलग रूप से प्रभावित करती है,” पहले लेखक कॉर्नेलियस बर्गमैन, विश्वविद्यालय के एक पीएचडी छात्र बताते हैं। यूकेबी में प्रायोगिक मिर्गी और अनुभूति अनुसंधान संस्थान।
परिणाम बताते हैं कि संश्लेषण, परिवहन और अणुओं के क्षरण के लिए ऊर्जावान लागत, उनके स्थानिक स्थानीयकरण और कुल संख्या ऊर्जा-कुशल समाधानों तक सीमित हैं। “अगर कुछ अल्पकालिक प्रोटीन को सेल बॉडी में संश्लेषित किया गया था, तो उनमें से एक बड़ा अनुपात लंबी यात्रा के समय के कारण सिनैप्स पर जीवित नहीं पहुंचेगा,” प्रो। तचुमचेंको कहते हैं। “यह प्रोटीन पर ऊर्जा की बर्बादी होगी जो उनके कार्य को पूरा नहीं कर सकती।” वर्तमान अध्ययन में मॉडल की गणना से पता चलता है कि प्रोटीन को अधिमानतः एक तंत्रिका सेल के ब्रांकेड, टेपिंग एक्सटेंशन में, तथाकथित डेंड्राइट्स में संश्लेषित किया जाता है, यदि सेल बॉडी से सिनैप्स से ऊर्जा हानि “रास्ते में” ऊर्जा हानि से अधिक है। एमआरएनए को डेंड्राइट्स में ले जाने के लिए आवश्यक ऊर्जा।
जीन अभिव्यक्ति अध्ययन पर नया परिप्रेक्ष्य
हालांकि, अनुसंधान टीम के निष्कर्ष ऊर्जा संरक्षण से परे हैं। “हमारे परिणाम कोशिकाओं में जीन अभिव्यक्ति के संगठनात्मक सिद्धांतों पर प्रकाश डालते हैं जो विभिन्न आणविक प्रजातियों में कार्य करते हैं और व्यक्तिगत नियामक तंत्रों से परे जाते हैं,” विश्वविद्यालय में न्यूरो और संवेदी शरीर विज्ञान विभाग के निदेशक के सह-लेखक प्रो। सिल्वियो रिज़ोली कहते हैं। मेडिकल सेंटर गोटिंगेन, सेंटर फॉर बायोस्ट्रक्चरल इमेजिंग ऑफ न्यूरोडीजेनेरेशन (बीआईएन) के प्रवक्ता और उत्कृष्टता के क्लस्टर के सदस्य “मल्टीस्केल बायोइमेजिंग: आणविक मशीनों से लेकर एक्सेबिटेट सेल के नेटवर्क तक” (एमबीएक्ससी)।
अनुसंधान टीम के लिए सबसे आश्चर्यजनक परिणाम यह था कि प्रोटीन के भौतिक गुण, जैसे कि लंबाई या जीवनकाल, और उनके विशिष्ट कार्य नहीं, ऊर्जा बजट पर और इस प्रकार उनके संश्लेषण की साइट पर इतना मजबूत प्रभाव है। यूकेबी में इंस्टीट्यूट ऑफ एक्सपेरिमेंटल एपिलेप्टोलॉजी एंड कॉग्निशन रिसर्च में यूनिवर्सिटी बॉन के एक डॉक्टरेट छात्र सह-लेखक कनान मौसाई ने जोर दिया: “हमारा मॉडल विभिन्न प्रयोगशालाओं से दर्जनों मौजूदा डेटा सेटों को सहसंबंधित करने के लिए एक नया परिप्रेक्ष्य प्रदान करता है।”
