കോശത്തിനുള്ളിലെ ഗതാഗതം

കോശങ്ങള്‍ക്കകത്തെ പ്രോട്ടീനുകളുടെയും എന്‍സൈമുകളുടെയും മറ്റും ഗതാഗതം വിശദീകരിച്ചതിനാണ് ഈ വര്‍ഷത്തെ ഫിസിയോളജിക്കും വൈദ്യശാസ്ത്രത്തിനുമുള്ള നൊബേല്‍ സമ്മാനം തോമസ് സുഡോഫ്, റാന്‍ഡി ഷെക്മാന്‍, ജെയിംസ് റോത് മാന്‍ എന്നിവര്‍ക്ക് ലഭിച്ചത്.

രണ്ടു ദശകമായി ഈ വിഷയങ്ങള്‍ക്കുള്ള സമ്മാനം, തന്മാത്രാ ജൈവശാസ്ത്ര മേഖലയില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നവര്‍ക്കാണ് ലഭിക്കുന്നത്. ഇതില്‍ അത്രയ്ക്ക് അത്ഭുതപ്പെടാനൊന്നുമില്ല. കാരണം, വൈദ്യശാസ്ത്രത്തിന്റെ ശാസ്ത്രീയ അടിത്തറ, തന്മാത്രാ ജീവശാസ്ത്രമാകണം. കോശങ്ങള്‍ക്കകത്തു നടക്കുന്ന മൗലികമായ പ്രതിഭാസങ്ങളുടെ തന്മാത്രാ തലത്തിലുള്ള വിശദീകരണം നല്‍കിയതുമായി ബന്ധപ്പെട്ട കണ്ടുപിടിത്തങ്ങള്‍ക്കാണ്, നോബെല്‍ സമ്മാനം നല്‍കപ്പെട്ടത്. കോശദ്രവ്യത്തിലെ പരുക്കന്‍ അന്തര്‍ദ്രവ്യ ജാലികയിലാണ് (Rough Endoplasmic Reticulum), പ്രോട്ടീനുകള്‍ സംശ്ലേഷിക്കപ്പെടുന്നത്. ഡിഎന്‍എയുടെയും ആര്‍എന്‍എകളുടെയും കണ്ടുപിടിത്തങ്ങള്‍ക്കു മുമ്പ്, ജീവന്റെ അടിസ്ഥാനം പ്രോട്ടീനുകളാണെന്നാണ് കരുതപ്പെട്ടത്. ഇന്നും കോശങ്ങളില്‍ നടക്കുന്ന മൗലികമായ പ്രക്രിയകളുടെയും അടിസ്ഥാനം പ്രോട്ടീനുകളാണെന്ന കാര്യത്തില്‍ സംശയമില്ല. അന്തര്‍ദ്രവ്യ ജാലികയില്‍ സംശ്ലേഷിക്കപ്പെടുന്ന പ്രോട്ടീനുകളെ കോശത്തിനകത്തെ വിവിധ ലക്ഷ്യസ്ഥാനങ്ങളില്‍ എത്തിക്കണം. ചില പ്രോട്ടീനുകള്‍, ഉദാ: ഇന്‍സുലിന്‍പോലുള്ള ഹോര്‍മോണുകള്‍, ദഹന എന്‍സൈമുകള്‍ എന്നിവ കോശത്തിനു പുറത്തേക്ക് സ്രവിക്കപ്പെടണം. ഹോര്‍മോണുകളെയും മറ്റും മറ്റു കോശങ്ങള്‍ക്കകത്തേക്ക് എത്തിക്കണം. ഇവയുടെ ഗതാഗതത്തെ വിശദീകരിച്ചതിനാണ് ഈ വര്‍ഷത്തെ നോബെല്‍ സമ്മാനം.

1950കളില്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പുവഴി കോശങ്ങളെ പഠിക്കാന്‍ തുടങ്ങിയതോടെയാണ് കോശദ്രവ്യത്തിന് സങ്കീര്‍ണമായൊരു ഘടനയുണ്ടെന്നു മനസ്സിലായത്. അതിനകത്ത് പലതരത്തിലുള്ള പരന്ന സഞ്ചികളും, ഗോളാകൃതിയിലുള്ള സൂക്ഷ്മസഞ്ചികളുമുണ്ട്. ഇവയെല്ലാം കോശസ്തരത്തെ അനുസ്മരിപ്പിക്കുന്ന സ്തരങ്ങള്‍കൊണ്ട് ആവരണംചെയ്യപ്പെട്ടവയാണ്. ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പുവഴിയുള്ള കോശപഠനങ്ങള്‍ക്ക്, 1974ല്‍ ആള്‍ബര്‍ട്ട് ക്ലോഡ്, ജോര്‍ജ് പാലേഡ്, ക്രിസ്ത്യന്‍ ദി ദുവെ എന്നിവര്‍ക്ക് നൊബേല്‍ സമ്മാനം ലഭിച്ചു. വളരെക്കാലം മുമ്പ് കണ്ടുപിടിച്ച ഒരു കോശികാംഗമാണ് ((Organelle)) ഗോള്‍ജി കോംപ്ലക്സ് (Golgi Complex). 1906ല്‍ നോബെല്‍ സമ്മാനം നേടിയ കാമില്ലൊ ഗോള്‍ജിയുടെ പേരിലാണ് ഇത് അറിയപ്പെടുന്നത്. കോശമര്‍മത്തിനു മുകളിലായി അട്ടികളായി ക്രമീകരിക്കപ്പെട്ട പരന്ന സഞ്ചികളാണ് (Cisternae)) ഗോള്‍ജി കോംപ്ലക്സ്. കോശമര്‍ത്തിനടുത്തുള്ള സിസ്റ്റര്‍ണകളെ സിസ് (Sis) എന്നും അകലത്തിലുള്ളവയെ ട്രാന്‍സ് (Trans) എന്നും വിളിക്കും. സിസ് സിസ്റ്റര്‍ണകളുടെ അറ്റങ്ങളില്‍ സൂക്ഷ്മസഞ്ചികള്‍ (Vericles) കൂടിച്ചേരുന്നതായും ട്രാന്‍സ്ഭാഗത്തുനിന്ന, സൂക്ഷ്മസഞ്ചികള്‍ രൂപീകരിക്കപ്പെട്ട് അടര്‍ത്തിയെടുക്കപ്പെടുന്നതായും, ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പ് പഠനങ്ങളില്‍നിന്നു മനസ്സിലാക്കിയിരുന്നു. ഇത്രയും പശ്ചാത്തലവിവരങ്ങള്‍ അറിഞ്ഞിരിക്കേണ്ടതാണ്.

പരുക്കന്‍ എന്‍ഡൊപ്ലാസ്മിക ജാലികയില്‍നിന്ന്, പ്രോട്ടീനുകളെ സൂക്ഷ്മസഞ്ചിയിലാക്കി എടുക്കുന്നതെങ്ങനെ? പിന്നീടവ ഗോള്‍ജിയിലെ പരന്ന സഞ്ചികളില്‍ എത്തുന്നതെങ്ങനെ? ഗോര്‍ജിയിലെ ട്രാന്‍സ് സിസ്റ്റര്‍ണകളില്‍നിന്നു, വീണ്ടും സൂക്ഷ്മസഞ്ചികളിലാക്കി പാക്ക് ചെയ്യപ്പെടുന്നതെങ്ങനെയാണ്? ഇവിടെ രൂപീകരിക്കപ്പെടുന്ന സൂക്ഷ്മസഞ്ചികള്‍, ക്രിസ്ത്യന്‍ ദിദുവെ കണ്ടുപിടിച്ച ലൈസൊസോമുകളുമായി കൂടിച്ചേര്‍ന്നേക്കാം. അല്ലെങ്കില്‍ കോശങ്ങളുടെ പ്ലാസ്മ സ്തരവുമായി ചേര്‍ന്ന് പുറത്തേക്ക് സ്രവിക്കപ്പെടാം. ഈ സന്ദര്‍ഭങ്ങളില്‍ നടക്കുന്ന, തന്മാത്രാതലത്തിലുള്ള പ്രക്രിയകളാണ് ഈ വര്‍ഷത്തെ നോബെല്‍ സമ്മാനത്തിന്റെ വിഷയം. ലൈസൊസോം എന്ന കോശികാംഗത്തില്‍ പലതരം എന്‍സൈമുകളാണുള്ളത്. ഇവയെല്ലാം കോശദ്രവ്യത്തിലെ, പരുക്കന്‍ എന്‍ഡൊപ്ലാസ്മിക ജാലികയിലാണ് സംശ്ലേഷിക്കപ്പെടുന്നത്. ഈ സൂക്ഷ്മസഞ്ചികളില്‍ അടക്കംചെയ്യപ്പെട്ട്, ഗോള്‍ജി കോംപ്ലക്സ് വഴിയാണ് ഇവ അവസാനം ലൈസോസോമുകളില്‍ എത്തുന്നത്. സൂക്ഷ്മസഞ്ചികളുടെ രൂപീകരണം, അവ ലൈസോമുകളുടെ സ്തരവുമായുള്ള സംയോജനം എന്നീ പ്രക്രിയകളെ തന്മാത്രാതലത്തില്‍ വിശദീകരിക്കാനാണ് ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ ശ്രമിച്ചത്. അതേപോലെ, ഇന്‍സുലിന്‍പോലുള്ള ഒരു ഹോര്‍മോണ്‍ അടങ്ങിയ സൂക്ഷ്മസഞ്ചി കോശസ്തരവുമായി സംയോജിച്ച്, ഹോര്‍മോണിനെ പുറത്തേക്ക് സ്രവിക്കണം. നാഡീയ സംപ്രേഷണത്തിലും ഇപ്രകാരമുള്ളൊരു പ്രക്രിയയാണ് നടക്കുന്നത്. അടിസ്ഥാനപരമായി നോക്കിയാല്‍, ഇതേ രീതിയില്‍ സൂക്ഷ്മസഞ്ചികളുടെ രൂപീകരണവും, കോശീയ പ്ലാസ്മ സ്തരവുമായുള്ള സംയോജനവു മാണ് നാഡീയ സംപ്രേഷണത്തിലും നടക്കുന്നത് (അതായത് ഒരു ന്യൂറാണില്‍നിന്നു മറ്റൊരു ന്യൂറോണിലേക്കോ, മാംസപേശികളിലെ നാരുകളിലേക്കോ നടക്കുന്നത്). ഇതിന്റെ അപഗ്രഥനമാണ്, തോമസ് സുഡോഫ് ഗവേഷണവിഷയമാക്കിയത്. ന്യൂറോണിന്റെ ആക്സോണ്‍ തൊട്ടടുത്ത ന്യൂറോണിന്റെ പ്ലാസ്മാ സ്തരവുമായി ബന്ധപ്പെടുന്നിടത്ത് (മാംസപേശികളില്‍ അവസാനിക്കുന്ന ഭാഗത്തും), ന്യൂറോ ട്രാന്‍സ്മിറ്റുകളടങ്ങിയ സൂക്ഷ്മസഞ്ചികളുണ്ട്. ഇവ പ്ലാസ്മാ സ്തരവുമായി സംയോജിച്ച്, ന്യൂറോ ട്രാന്‍സ്മിറ്റര്‍ തന്മാത്രകളെ, സൈനാപ്റ്റിക വിടവുകളിലേക്ക് സ്രവിക്കുന്നു.

ജനിതകാപഗ്രഥനവും, ജൈവരസതന്ത്രപഠനങ്ങളും വഴിയാണ്, കോശീയ ഗതാഗത വ്യൂഹത്തിന്റെ തന്മാത്രീയ അടിസ്ഥാനം അനാവരണംചെയ്യപ്പെട്ടത്. പദാര്‍ഥങ്ങള്‍ അടങ്ങിയ സൂക്ഷ്മസഞ്ചികള്‍ ഗോള്‍ജി സിസ്റ്റേര്‍ണയുടെയോ, മറ്റു കോശികാംഗങ്ങളുടെ പ്ലാസ്മാ സ്തരവുമായി സംയോജിക്കുന്ന പ്രക്രിയയില്‍, പല പ്രോട്ടീനുകളും പങ്കെടുക്കണം. ഇവയെ തിരിച്ചറിയുക എളുപ്പമല്ല. പൊതുപ്രക്രിയ വിശദീകരിക്കുന്നതോടൊപ്പം, മറ്റൊരു കാര്യംകൂടി വ്യക്തമാക്കണം. പ്രോട്ടീന്‍ പാക്കറ്റുകളെ പ്രത്യേക ലക്ഷ്യസ്ഥാനങ്ങളിലാണ് എത്തിക്കേണ്ടത്. ഇതിന്റെ അടിസ്ഥാനമെന്താണ്? റാന്‍ഡി ഷെക്മാന്‍ ജനിതക അപഗ്രഥനംവഴിയാണ് ഗവേഷണങ്ങള്‍ നടത്തിയത്. അദ്ദേഹം യീസ്റ്റിനെയാണ് (Yeast) പരീക്ഷണത്തിനായി തെരഞ്ഞെടുത്തത്. യീസ്റ്റ് കോശങ്ങള്‍ ഗ്ലൈക്കോ പ്രോട്ടീനുകളെ സ്രവിക്കും. ഈ പ്രക്രിയയില്‍ അപാകങ്ങള്‍ കാണിക്കുന്ന യീസ്റ്റ് കോശങ്ങളെ, ഷെക്മാന്‍ തെരഞ്ഞെടുത്തു. സെക്ഷന്‍ 1, സെക്ഷന്‍ 2 ((Sec 1, Sec 2)) എന്നീ ജീനുകളില്‍ മ്യൂട്ടേഷന്‍ സംഭവിച്ചാല്‍, സ്രവണപ്രക്രിയ പല ഘട്ടങ്ങളില്‍ സ്തംഭവനാവസ്ഥയില്‍ ആകുന്നതായി കണ്ടു. അതിനാല്‍ ഈ ജീനുകളുടെ ഉല്‍പ്പന്നങ്ങളായ പ്രോട്ടീനുകള്‍ സ്രവണത്തിന് അത്യാവശ്യമാണ്. യീസ്റ്റ് ഒരു ഏകകോശ ജീവിയാണല്ലോ. സസ്തനികോശങ്ങളില്‍ നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ എന്‍എസ്എഫ് (NSF) എന്നൊരു പ്രോട്ടീന്‍ അത്യാവശ്യമാണെന്നും പിന്നീട് റോത്ത്മാനും ഷെക്മാനും ചേര്‍ന്നും നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ എന്‍എസ്എഫും സെക്ഷന്‍ 1, സെക്ഷന്‍ 2 എന്നിവയുടെ പ്രോട്ടീനുകളും ഒന്നാണെന്നു കണ്ടുപിടിച്ചു. ജീന്‍ ക്ലോണിങ്വഴിയാണ് ഈ പരീക്ഷണങ്ങള്‍ നടത്തിയത്.

ജെയിംസ് റോത്ത്മാന്‍, ജൈവരസതന്ത്രരീതികള്‍ ഉപയോഗിച്ചാണ് പരീക്ഷണങ്ങള്‍ നടത്തിയത്. ലിപ്പൊസോമുകള്‍ ((Liposome)) എന്ന സൂക്ഷ്മസഞ്ചികളെ കൃത്രിമമായി ഉണ്ടാക്കാം. ഇവയില്‍ പ്രോട്ടീനുകളെ ശേഖരിക്കുകയും ചെയ്യാം. കോശങ്ങള്‍ക്കകത്ത് പൊതുവെ കാണുന്ന പ്രോട്ടീനുകളാണ് സ്നാപ്-25, ടി-സ്നെയര്‍, വി -സ്നെയര്‍ (SNAP-25, T-SNARE, V-SNARE) എന്നിവ. സ്നാപ്-25 പ്രോട്ടീനുകള്‍ നിറച്ച ലിപ്പൊസോമുകളും, രണ്ടുതരം സ്നെയര്‍ പ്രോട്ടീനുകള്‍ അടങ്ങിയവയും കൂടി കലര്‍ത്തി കുറെനേരം വച്ചിരുന്നാല്‍, അവയുടെ സ്തരങ്ങള്‍ തമ്മില്‍ കൂടിച്ചേരുമെന്നു കണ്ടു. കോശത്തിനകത്ത് ഈ പ്രക്രിയയെ സഹായിക്കാനും, വേഗംകൂട്ടാനുമായി മറ്റു പ്രോട്ടീനുകളും പങ്കുചേരും. ഇതില്‍ ഒന്നാണ് നേരത്തെ പറഞ്ഞ എന്‍എസ്എഫ് . സൂക്ഷ്മതരത്തിലെ വി -സ്നെയറും (SNARE എന്നാല്‍ "കെണി" എന്നര്‍ഥം), അതുമായി സംയോജിക്കേണ്ട സതരത്തിലെ ടി-സ്നെയറും തമ്മില്‍ സിപ്പ് (ZIP) പോലെ കൂടിച്ചേരും. സ്നാപ്-25ന്റെ സഹായത്തോടെ സിപ്പ് ഇടുന്നതുപോലെത്തന്നെ രണ്ടു സ്തരങ്ങളും തമ്മില്‍ കൂടിച്ചേരും. ഈ പ്രക്രിയ നടക്കാന്‍ ഊര്‍ജം വേണമല്ലോ. ഇതിനായി റാബ് (Rab) പ്രോട്ടീനുകളുണ്ട്. റാബ്, ജിടിപി (GTP) യെ വിശ്ലേഷണംചെയ്ത് ഊര്‍ജം സ്വതന്ത്രമാക്കും. (ATP) അതായത് അഡ്നോസിന്‍ ട്രൈഫോസ്ഫേറ്റ് ആണല്ലോ, കോശങ്ങളുടെ ഊര്‍ജനാണയം. പലപ്പോഴും അതിനുപകരം ഗുവാനില്‍ ട്രൈഫോസ്ഫേറ്റ് എന്ന ജിടിപിയെ ഉപയോഗിക്കും). പദാര്‍ഥങ്ങളെ കോശത്തിനകത്തേക്ക് എടുക്കുമ്പോഴും, സ്തരങ്ങള്‍ തമ്മില്‍ സംയോജിക്കണം. കൊളെസ്റ്ററോള്‍ അടങ്ങിയ എല്‍ഡിഎല്‍ (Low density of Lipoprotein)) കണികളെ (യഥാര്‍ഥത്തില്‍ ഇവ സുക്ഷ്മസഞ്ചികളാണ്) കോശങ്ങള്‍ക്കകത്തേക്ക് എടുക്കുന്ന ഇത്തരത്തിലുള്ള സ്തരസംയോജനംവഴിയാണ്.

ഇത് അനാവരണം ചെയ്തതിന് ജോണ്‍ ഗോള്‍ഡ് സ്റ്റെയ്ന്‍, മൈക്കല്‍ ബ്രൗണ്‍ എന്നിവര്‍ക്ക് നോബെല്‍ സമ്മാനം നല്‍കുകയുണ്ടായി. പക്ഷേ അവര്‍ സ്തരങ്ങള്‍ തമ്മില്‍ സംയോജിക്കുന്നതിന്റെ തന്മാത്രാ അടിസ്ഥാനം വിശദീകരിക്കുകയുണ്ടായില്ല. ഫ്ളു വൈറസ് കോശങ്ങള്‍ക്കകത്തു കടക്കുന്നതും, പ്ലാസ്മാ സ്തരവുമായി സംയോജിക്കുക വഴിയാണ്. പരുക്കന്‍ എന്‍ഡോപ്ലാസ്മിക ജാലികയില്‍നിന്നും, ഓരോ തവണ സൂക്ഷ്മസഞ്ചി രൂപീകരിക്കപ്പെടുമ്പോഴും, അതിന്റെ പ്ലാസ്മാസ്തരം നഷ്ടപ്പെടും. ഈ നഷ്ടം നികത്തിയില്ലെങ്കില്‍, അവസാനം എന്‍ഡോപ്ലാസ്മിക ജാലിക അപ്രത്യക്ഷമാകും. ഇങ്ങനെ സംഭവിക്കാതിരിക്കുന്നതിനു കാരണം വിപരീതമായി നടക്കുന്ന ഒരു പ്രക്രിയയാണ്. ഗോള്‍ജി കോംപ്ലക്സിന്റെ സിസ് സഞ്ചികളില്‍ നിന്നും സൂക്ഷ്മസഞ്ചികള്‍ രൂപീകരിക്കപ്പെടും. അതിനകത്ത് ഒന്നും ഉണ്ടായിരിക്കുകയില്ല. ഇവ തിരിച്ചു സഞ്ചരിച്ച്, പരുക്കന്‍ എന്‍ഡോപ്ലാസ്മിക ജാലകിയുമായി സംയോജിക്കും. അങ്ങനെ അവിടെനിന്നു പിച്ചിയെടുക്കപ്പെട്ട പ്ലാസ്മാ സ്തരഭാഗങ്ങള്‍ തിരികെ നിക്ഷേപിക്കപ്പെടും.

*
പ്രൊഫ. എം ശിവശങ്കരന്‍ ദേശാഭിമാനി