फॉस्फोराइलेशन और डीफॉस्फोराइलेशन एंजाइम समूह स्तनधारियों में नींद और जागरुकता को नियंत्रित करते हैं

एक शोध समूह, प्रोफेसर हिरोकी उएदा, डॉक्टरेट छात्र यिमेंग वांग, डॉक्टरेट छात्र सियू काओ, और व्याख्याता कोजी ओडे एट अल। टोक्यो विश्वविद्यालय के ग्रेजुएट स्कूल ऑफ मेडिसिन में, प्रोटीन किनेज़ ए (पीकेए) की खोज की गई है^*2) जागरुकता को बढ़ावा देता है, जबकि प्रोटीन फॉस्फेट 1 (पीपी1) और कैल्सीनुरिन^*3)डिफॉस्फोराइलेशन एंजाइम, स्तनधारियों में नींद को बढ़ावा देते हैं।

पीकेए और डिफॉस्फोराइलेशन एंजाइमों पर ध्यान केंद्रित करते हुए, अनुसंधान समूह ने व्यापक जीन नॉकआउट चूहों का निर्माण किया और वायरल वैक्टर का उपयोग करके कार्यात्मक रूप से संशोधित एंजाइमों की अभिव्यक्ति को प्रेरित करने के लिए और प्रयोग किए।^*4). नतीजतन, उन्होंने पाया कि पीकेए सक्रियण से नींद की अवधि और डेल्टा पावर और नींद की जरूरतों के संकेतक में कमी आई है। दूसरी ओर, पीपी1 और कैल्सीनुरिन सक्रियण ने नींद की अवधि और डेल्टा पावर में विपरीत वृद्धि की। इन नींद-जागने को बढ़ावा देने वाली गतिविधियों में, यह आवश्यक है कि पीकेए, पीपी1, और कैल्सीनुरिन न्यूरॉन्स के बीच सूचना प्रसारण के लिए जिम्मेदार पोस्ट-सिनैप्स पर कार्य करें। इसके अलावा, उन्होंने प्रदर्शित किया कि पीकेए और पीपी1/कैल्सिन्यूरिन दैनिक नींद की अवधि को विनियमित करने के लिए प्रतिस्पर्धात्मक रूप से काम कर सकते हैं।

इस अध्ययन से पता चला है कि नींद और जागने के बीच संतुलन कई एंजाइमों की क्रिया द्वारा नियंत्रित होता है, जो आणविक स्तर पर नींद की अवधि और तंद्रा को नियंत्रित करने के तरीके पर विचार करते समय एक महत्वपूर्ण खोज है।

यह परिणाम जापान विज्ञान और प्रौद्योगिकी एजेंसी (जेएसटी) द्वारा उन्नत प्रौद्योगिकी के लिए खोजपूर्ण अनुसंधान (ईआरएटीओ) के एक शोध क्षेत्र, यूडा बायोलॉजिकल टाइमिंग प्रोजेक्ट में हासिल किया गया था। इस परियोजना के तहत, जेएसटी इस परियोजना में एक मॉडल प्रणाली के रूप में नींद-जागने की लय का उपयोग करके “मनुष्यों को समझने के लिए सिस्टम बायोलॉजी” विकसित कर रहा है, जिसका लक्ष्य “जैविक समय” की जानकारी को समझना है जो अणुओं से समाज में रहने वाले व्यक्तिगत मनुष्यों तक चलती है।

(*1) प्रोटीन फास्फारिलीकरण

प्रतिलेखन और अनुवाद द्वारा प्रोटीन उत्पन्न होने के बाद, उनकी गतिविधि को विभिन्न रासायनिक संशोधनों द्वारा समायोजित किया जा सकता है। फॉस्फोराइलेशन कोशिकाओं में पाया जाने वाला सबसे सर्वव्यापी संशोधन है। एंजाइम जो एक सब्सट्रेट के रूप में एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का उपयोग करके फॉस्फेट समूहों को प्रोटीन में स्थानांतरित करने की प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करते हैं, उन्हें प्रोटीन किनेसेस कहा जाता है, और एंजाइम जो फॉस्फोप्रोटीन से फॉस्फोराइलेशन संशोधनों को हटाने की प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करते हैं, उन्हें प्रोटीन फॉस्फेटेस कहा जाता है।

(*2) प्रोटीन काइनेज ए (पीकेए)

चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट, एक इंट्रासेल्युलर सिग्नलिंग अणु द्वारा सक्रिय एक प्रोटीन काइनेज। पीकेए में एक उत्प्रेरक सबयूनिट होता है जो काइनेज गतिविधि के लिए जिम्मेदार होता है और एक नियामक सबयूनिट होता है जो एंजाइम गतिविधि को रोकता है।

(*3) प्रोटीन फॉस्फेटस 1 (पीपी1) और कैल्सीन्यूरिन

प्रोटीन फॉस्फेटेस में, PP1, PP2A, और कैल्सीन्यूरिन मस्तिष्क में उच्च स्तर पर व्यक्त होते हैं। इस अध्ययन से पता चला कि पीपी1 और कैल्सीनुरिन में नींद को नियंत्रित करने वाले कार्य होते हैं। इन डीफॉस्फोराइलेशन एंजाइमों में एक उत्प्रेरक सबयूनिट होता है जो डीफॉस्फोराइलेशन गतिविधि के लिए जिम्मेदार होता है और एक नियामक सबयूनिट होता है जो एंजाइम के उपकोशिकीय स्थानीयकरण और एंजाइम गतिविधि को नियंत्रित करता है। अन्य डिफॉस्फोराइलेशन एंजाइमों के विपरीत, कैल्सीनुरिन की विशेषता कैल्शियम द्वारा इसकी सक्रियता है।

(*4) वायरल वैक्टर

इस अध्ययन में सेलुलर संक्रमण एडेनो-एसोसिएटेड वायरस (एएवी)-पीएचपी.ईबी, एएवी से संशोधित एक प्रकार का वायरल वेक्टर की वायरल क्षमता का लाभ उठाते हुए, एक कोशिका में एक जीन को पेश करने के लिए एक उपकरण का उपयोग किया गया था। यह वायरल वेक्टर अत्यधिक कुशल जीन स्थानांतरण की अनुमति देता है, विशेष रूप से केंद्रीय तंत्रिका तंत्र में।