सेल्फ-असेंबलिंग प्रोटीन स्टोर सेल्युलर मेमोरीज


जैविक इंजीनियरिंग और मस्तिष्क और संज्ञानात्मक के एक प्रोफेसर न्यूरोटेक्नोलॉजी में वाई ईवा टैन प्रोफेसर एडवर्ड बॉयडेन कहते हैं, “घंटों से लेकर हफ्तों तक अंग या शरीर के पैमाने पर बहुत सारे बदलाव होते हैं, जिन्हें समय के साथ ट्रैक नहीं किया जा सकता है।” एमआईटी में विज्ञान, हावर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट के अन्वेषक, और एमआईटी के मैकगवर्न इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन रिसर्च एंड कोच इंस्टीट्यूट फॉर इंटीग्रेटिव कैंसर रिसर्च के सदस्य हैं।

शोधकर्ताओं का कहना है कि अगर तकनीक को लंबे समय तक काम करने के लिए बढ़ाया जा सकता है, तो इसका इस्तेमाल उम्र बढ़ने और बीमारी की प्रगति जैसी प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए भी किया जा सकता है।

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बॉयडेन अध्ययन के वरिष्ठ लेखक हैं, जो आज नेचर बायोटेक्नोलॉजी में दिखाई देता है। मैकगवर्न इंस्टीट्यूट में पूर्व जे। डगलस टैन पोस्टडॉक्टोरल फेलो चांगयांग लिंगु, जो अब मिशिगन विश्वविद्यालय में सहायक प्रोफेसर हैं, कागज के प्रमुख लेखक हैं।

सेलुलर इतिहास

जैविक प्रणालियों जैसे अंगों में कई अलग-अलग प्रकार की कोशिकाएं होती हैं, जिनमें से सभी के विशिष्ट कार्य होते हैं। इन कार्यों का अध्ययन करने का एक तरीका कोशिकाओं के अंदर प्रोटीन, आरएनए, या अन्य अणुओं की छवि बनाना है, जो संकेत देते हैं कि कोशिकाएं क्या कर रही हैं। हालांकि, ऐसा करने के लिए अधिकांश विधियां समय में केवल एक पल की झलक प्रदान करती हैं, या कोशिकाओं की बहुत बड़ी आबादी के साथ अच्छी तरह से काम नहीं करती हैं।

लिंगु कहते हैं, “जैविक प्रणालियां अक्सर बड़ी संख्या में विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं से बनी होती हैं। उदाहरण के लिए, मानव मस्तिष्क में 86 अरब कोशिकाएं होती हैं।” “इस प्रकार की जैविक प्रणालियों को समझने के लिए, हमें इन बड़ी सेल आबादी में समय के साथ शारीरिक घटनाओं का निरीक्षण करने की आवश्यकता है।”

इसे प्राप्त करने के लिए, अनुसंधान दल सेलुलर घटनाओं को प्रोटीन सबयूनिट्स की एक श्रृंखला के रूप में रिकॉर्ड करने के विचार के साथ आया था जो लगातार एक श्रृंखला में जोड़े जाते हैं। अपनी श्रृंखला बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने इंजीनियर प्रोटीन उपइकाइयों का इस्तेमाल किया, जो सामान्य रूप से जीवित कोशिकाओं में नहीं पाए जाते हैं, जो लंबे तंतुओं में स्वयं को इकट्ठा कर सकते हैं।

शोधकर्ताओं ने एक आनुवंशिक रूप से एन्कोडेड प्रणाली तैयार की है जिसमें इनमें से एक उपइकाई लगातार कोशिकाओं के अंदर उत्पन्न होती है, जबकि दूसरी केवल एक विशिष्ट घटना होने पर उत्पन्न होती है। प्रत्येक सबयूनिट में एक बहुत छोटा पेप्टाइड भी होता है जिसे एपिटोप टैग कहा जाता है – इस मामले में, शोधकर्ताओं ने HA और V5 नामक टैग को चुना। इनमें से प्रत्येक टैग एक अलग फ्लोरोसेंट एंटीबॉडी से जुड़ सकता है, जिससे टैग को बाद में कल्पना करना और प्रोटीन सबयूनिट्स के अनुक्रम को निर्धारित करना आसान हो जाता है।

इस अध्ययन के लिए, शोधकर्ताओं ने c-fos नामक जीन की सक्रियता पर V5 युक्त सबयूनिट दल का उत्पादन किया, जो नई यादों को कूटने में शामिल है। HA-टैग की गई उपइकाइयां अधिकांश श्रृंखला बनाती हैं, लेकिन जब भी श्रृंखला में V5 टैग दिखाई देता है, इसका मतलब है कि उस समय c-fos सक्रिय था।

“हम हर एक कोशिका में गतिविधि रिकॉर्ड करने के लिए इस तरह के प्रोटीन स्व-विधानसभा का उपयोग करने की उम्मीद कर रहे हैं,” लिंगु कहते हैं। “यह न केवल समय में एक स्नैपशॉट है, बल्कि पिछले इतिहास को भी रिकॉर्ड करता है, ठीक उसी तरह जैसे पेड़ के छल्ले समय के साथ जानकारी को स्थायी रूप से संग्रहीत कर सकते हैं क्योंकि लकड़ी बढ़ती है।”

इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने पहली बार लैब डिश में बढ़ रहे न्यूरॉन्स में सी-फॉस की सक्रियता को रिकॉर्ड करने के लिए अपने सिस्टम का इस्तेमाल किया। सी-फॉस जीन को न्यूरॉन्स के रासायनिक रूप से प्रेरित सक्रियण द्वारा सक्रिय किया गया था, जिसके कारण V5 सबयूनिट को प्रोटीन श्रृंखला में जोड़ा गया था।

यह पता लगाने के लिए कि क्या यह दृष्टिकोण जानवरों के दिमाग में काम कर सकता है, शोधकर्ताओं ने चूहों की मस्तिष्क कोशिकाओं को प्रोटीन श्रृंखला उत्पन्न करने के लिए प्रोग्राम किया जो जानवरों को किसी विशेष दवा के संपर्क में आने पर प्रकट करेगा। बाद में, शोधकर्ता ऊतक को संरक्षित करके और प्रकाश सूक्ष्मदर्शी से इसका विश्लेषण करके उस जोखिम का पता लगाने में सक्षम थे।

शोधकर्ताओं ने अपने सिस्टम को मॉड्यूलर होने के लिए डिज़ाइन किया है, ताकि अलग-अलग एपिटोप टैग्स की अदला-बदली की जा सके, या विभिन्न प्रकार की सेलुलर घटनाओं का पता लगाया जा सके, जिसमें सिद्धांत रूप में, कोशिका विभाजन या प्रोटीन किनेसेस नामक एंजाइम की सक्रियता शामिल है, जो कई सेलुलर मार्गों को नियंत्रित करने में मदद करते हैं। .

शोधकर्ताओं को यह भी उम्मीद है कि वे रिकॉर्डिंग अवधि का विस्तार कर सकते हैं जो वे प्राप्त कर सकते हैं। इस अध्ययन में, उन्होंने ऊतक की इमेजिंग करने से पहले कई दिनों तक घटनाओं को रिकॉर्ड किया। रिकॉर्ड किए जा सकने वाले समय और समय समाधान, या घटना रिकॉर्डिंग की आवृत्ति के बीच एक ट्रेडऑफ़ है, क्योंकि प्रोटीन श्रृंखला की लंबाई सेल के आकार से सीमित है।

लिंगु कहते हैं, “इसमें संग्रहीत जानकारी की कुल मात्रा निश्चित है, लेकिन सिद्धांत रूप में हम श्रृंखला के विकास की गति को धीमा या बढ़ा सकते हैं।” “अगर हम लंबे समय के लिए रिकॉर्ड करना चाहते हैं, तो हम संश्लेषण को धीमा कर सकते हैं ताकि यह सेल के आकार तक पहुंच जाए, मान लीजिए दो सप्ताह। इस तरह हम लंबे समय तक रिकॉर्ड कर सकते हैं, लेकिन कम समय के संकल्प के साथ।”

शोधकर्ता सिस्टम की इंजीनियरिंग पर भी काम कर रहे हैं ताकि यह अलग-अलग सबयूनिट्स की संख्या में वृद्धि करके एक ही श्रृंखला में कई प्रकार की घटनाओं को रिकॉर्ड कर सके, जिन्हें शामिल किया जा सकता है।

स्रोत: यूरेकलर्ट



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