उन्नत सूक्ष्मदर्शी वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद करते हैं कि कोशिकाएं प्रोटीन को कैसे तोड़ती हैं

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उन्नत सूक्ष्मदर्शी वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद करते हैं कि कोशिकाएं प्रोटीन को कैसे तोड़ती हैं

प्रोटीन सभी जीवित चीजों के निर्माण खंड हैं। इन प्रोटीनों को कैसे बनाया जाता है और वे क्या करते हैं, इस पर बहुत शोध किया गया है, एंजाइमों से लेकर रासायनिक प्रतिक्रियाओं तक जो कोशिकाओं के बीच संकेतों को प्रसारित करते हैं। 2004 में, हारून सिचेनोव, अवराम हर्शको, और इरविन रोज़ ने प्रोटीन मशीनरी की एक अलग लेकिन समान रूप से महत्वपूर्ण प्रक्रिया के लिए रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार जीता: जब वे अपना कार्य पूरा करते हैं तो जीव प्रोटीन को कैसे तोड़ते हैं।

प्रोटीन का क्षरण एक सावधानीपूर्वक संगठित प्रक्रिया है। प्रोटीन को ubiquitin नामक एक आणविक लेबल के साथ निपटान के लिए चिह्नित किया जाता है, और फिर प्रोटीसम में खिलाया जाता है, एक प्रकार का सेलुलर पेपर श्रेडर जो प्रोटीन को छोटे टुकड़ों में काटता है। सर्वव्यापकता की इस प्रक्रिया, या ubiquitin के साथ प्रोटीन के लेबलिंग में कोशिका विभाजन, डीएनए की मरम्मत, और प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं सहित सेलुलर प्रक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला शामिल है।

में प्रकाशित एक नए अध्ययन में प्रकृति 17 नवंबर, 2021 को शिकागो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने प्रोटीन के क्षरण की प्रक्रिया का अधिक गहराई से अध्ययन करने के लिए एक उन्नत इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग किया। उन्होंने एक प्रमुख एंजाइम के गठन का वर्णन किया जो खमीर में सर्वव्यापकता की मध्यस्थता में मदद करता है, एक सेलुलर प्रक्रिया का हिस्सा जिसे एन-डिग्रोन मार्ग के रूप में जाना जाता है जो मनुष्यों में 80% प्रोटीन के लिए गिरावट की दर निर्धारित करने के लिए जिम्मेदार हो सकता है। इस मार्ग में दोष क्षतिग्रस्त या गलत तरीके से मुड़े हुए प्रोटीन के संचय का कारण बन सकते हैं, जिससे उम्र बढ़ने की प्रक्रिया, न्यूरोडीजेनेरेशन और कुछ दुर्लभ ऑटोसोमल रिसेसिव विकार हो सकते हैं, इसलिए उनकी बेहतर समझ उपचार के विकास की ओर ले जाती है।

मिंगली झाओ, पीएचडी, जैव रसायन और आणविक जीव विज्ञान के सहायक प्रोफेसर, और उनके सहयोगियों ने E3 लिगेज का अध्ययन किया – एक प्रकार का एंजाइम जो बड़े अणुओं को एक साथ बांधने में मदद करता है – जिसे Ubr1 कहा जाता है। बेकर्स यीस्ट में, Ubr1 सर्वव्यापी प्रक्रिया शुरू करने में मदद करता है क्योंकि यह ubiquitin को प्रोटीन से बांधता है और इसे पॉलिमर नामक अणुओं की एक श्रृंखला में विस्तारित करता है। पॉलिमर, जिन्हें आमतौर पर प्लास्टिक जैसे सिंथेटिक सामग्री के निर्माण खंड के रूप में जाना जाता है, स्वाभाविक रूप से तब भी होते हैं जब बड़े अणु (इस मामले में ubiquitin) दोहराए जाने वाले सबयूनिट्स में एक साथ जुड़ जाते हैं।

झाओ ने कहा, “इस अध्ययन तक, हम इस बारे में ज्यादा नहीं जानते थे कि सर्वव्यापी बहुलक संरचनात्मक रूप से कैसे बनते हैं।” “अब हम इस बात का अंदाजा लगा रहे हैं कि यह पहली बार प्रोटीन सब्सट्रेट पर कैसे बनता है, और फिर पॉलिमर एक बाध्यकारी-विशिष्ट रूप कैसे बनाता है। यह निकट आणविक स्तर पर पॉलीबीक्विनाइजेशन को समझने के मामले में एक मील का पत्थर है।”

इस अध्ययन में, झाओ और उनकी टीम ने यूबिकिटिन को प्रोटीन से बांधने की प्रक्रिया के शुरुआती चरणों की नकल करने के लिए कुछ रासायनिक जैविक तकनीकों का इस्तेमाल किया। फिर, उन्होंने प्रक्रिया को पकड़ने के लिए क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (क्रायो-ईएम) नामक एक और नोबेल पुरस्कार विजेता नवाचार का उपयोग किया। क्रायो-ईएम में प्रोटीन के फ्लैश-फ्रीजिंग समाधान होते हैं और फिर एक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग व्यक्तिगत अणुओं या उप-कोशिकीय संरचनाओं की छवियों को बनाने के लिए किया जाता है। लगभग 10 साल पहले, हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर में प्रगति ने सूक्ष्मदर्शी और डिटेक्टरों का उत्पादन किया जो बहुत उच्च संकल्पों पर परमाणु छवियों को कैप्चर कर सकते थे। 2017 में, जैक्स डुबोचेट, जोआचिम फ्रैंक और रिचर्ड हेंडरसन ने क्रायो-ईएम तकनीक विकसित करने के लिए रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार प्राप्त किया, जिससे शोधकर्ताओं को एक स्नैपशॉट बनाने की अनुमति मिली जो सचमुच जैविक प्रक्रिया की “लाइव” क्रिया को स्थिर करता है।

झाओ की टीम ने जैविक विज्ञान विभाग द्वारा उन्नत इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप सुविधा में क्रायो-ईएम का अधिक विस्तार से अध्ययन करने के लिए $ 10 मिलियन के निवेश का लाभ उठाया। वे मार्ग से जुड़े कई मध्यवर्ती एंजाइम परिसरों के गठन का वर्णन करने में सक्षम थे, जो शोधकर्ताओं को दवाओं के साथ प्रोटीन को लक्षित करने या प्रोटीन क्षरण की दोषपूर्ण प्रक्रिया में हस्तक्षेप करने के तरीके खोजने में मदद करेंगे।

“क्रायो-ईएम रोमांचक है क्योंकि एक बार डेटा प्रोसेसिंग पूरी हो जाने के बाद, एक नई संरचना सामने आती है जिसे आपने पहले कभी नहीं देखा है,” झाओ ने कहा। “अब हम जो सीखा है उसका उपयोग कर सकते हैं और छोटे अणुओं या पेप्टाइड्स के मिश्रण को पेश करके एंजाइमों को पुन: उत्पन्न कर सकते हैं ताकि हम अपने इच्छित प्रोटीन को नीचा दिखा सकें।”

कहानी स्रोत:

विषय द्वारा उपलब्ध कराया गया शिकागो विश्वविद्यालय. मैट वुड द्वारा लिखित मूल। नोट: सामग्री को शैली और लंबाई के लिए संपादित किया जा सकता है।

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—-*Disclaimer*—–

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