एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और गॉल्जी उपकरण में एक्सोसोम का निर्माण

शब्दों की व्याख्या

एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम

एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम (endoplasmic reticulum, ER) कोशिका के भीतर मौजूद झिल्ली तंत्र का एक भाग है और कोशिका के मूलभूत कार्यों के लिए उत्तरदायी होता है। यह कोशिका केंद्रक को घेरते हुए फैला रहता है, और इसकी संरचना एक विस्तृत और जटिल जाल बनाती है। एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम को मोटे तौर पर दो प्रकारों में बाँटा जा सकता है, अर्थात् खुरदरा एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और चिकना एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम।

खुरदरा एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम (Rough Endoplasmic Reticulum, RER) को यह नाम इसके खुरदरे रूप के कारण मिला है, जो इसलिए होता है क्योंकि प्रोटीन का संश्लेषण करने वाली संरचनाएँ—राइबोसोम—इसकी सतह पर सघन रूप से जुड़ी रहती हैं। RER का मुख्य कार्य नवसंश्लेषित प्रोटीनों को मोड़ना, उनमें संशोधन करना और उन्हें कोशिका के भीतर उपयुक्त स्थानों पर भेजना है।

दूसरी ओर, चिकने एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम (Smooth Endoplasmic Reticulum, SER) में राइबोसोम नहीं होते और इसका रूप चिकना होता है। SER के मुख्य कार्य लिपिड और स्टेरॉयड का संश्लेषण, कार्बोहाइड्रेट का उपापचय, और विषाक्त पदार्थों का विषहरण हैं।

एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम प्रोटीन संश्लेषण और लिपिड उपापचय में केंद्रीय भूमिका निभाता है, और इन प्रक्रियाओं के माध्यम से कोशिका के जीवन को बनाए रखने में योगदान देता है। एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम कोशिकीय तनाव अनुक्रिया के एक भाग के रूप में भी कार्य करता है; जब प्रोटीन सही ढंग से नहीं मुड़ते, तो इसके पास इन असामान्यताओं का पता लगाने और उन्हें ठीक करने की क्रियाविधियाँ होती हैं। एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से आने वाली यह तनाव अनुक्रिया कोशिका के जीवित रहने और मृत्यु के बीच के संतुलन को बनाए रखने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है।

राइबोसोम

राइबोसोम जीवों की कोशिकाओं के भीतर मौजूद एक सूक्ष्म तंत्र है, और यह प्रोटीन का उत्पादन, अर्थात् प्रोटीन संश्लेषण (अनुवाद) करने की भूमिका निभाता है। यह किसी जीव की आनुवंशिक जानकारी की अभिव्यक्ति की मूलभूत प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जिसमें किसी जीन की जानकारी DNA से RNA में अनुलेखित होती है, और वह RNA राइबोसोम पर पढ़ा जाकर प्रोटीन में अनुवादित होता है।

राइबोसोम राइबोसोमल RNA (rRNA) और राइबोसोमल प्रोटीनों से बनी दो उपइकाइयों, अर्थात् बड़ी उपइकाई और छोटी उपइकाई, से मिलकर बना होता है। जब ये दोनों उपइकाइयाँ संयुक्त होती हैं, तब राइबोसोम अपना कार्य करता है।

राइबोसोम द्वारा प्रोटीन संश्लेषण की प्रक्रिया इस प्रकार है:

1. संदेशवाहक RNA (mRNA) राइबोसोम की छोटी उपइकाई से जुड़ता है।
2. mRNA पर एक विशिष्ट अनुक्रम (आरंभ कोडॉन) को पहचानने के बाद, बड़ी उपइकाई जुड़ती है और एक पूर्ण राइबोसोम बनता है।
3. राइबोसोम mRNA के अनुदिश पढ़ते हुए प्रत्येक कोडॉन (mRNA पर तीन न्यूक्लियोटाइड) का संगत अमीनो अम्ल में अनुवाद करता है। यह अनुवाद कार्य स्थानांतरण RNA (tRNA) नामक एक विशेष RNA अणु द्वारा किया जाता है।
4. अनुवाद समाप्त होने पर, नवसंश्लेषित प्रोटीन राइबोसोम से मुक्त होता है और इसके बाद अपना जैविक कार्य करता है।

राइबोसोम कोशिका के भीतर विभिन्न स्थानों पर मौजूद रहते हैं; कुछ कोशिकाद्रव्य में स्वतंत्र रूप से तैरते हैं, जबकि कुछ खुरदरे एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम या माइटोकॉन्ड्रिया की सतह से जुड़े रहते हैं। उनका स्थान इस बात पर निर्भर करता है कि राइबोसोम किस प्रकार के प्रोटीन का संश्लेषण करता है और उस प्रोटीन की आगे की नियति क्या है।

गॉल्जी उपकरण

गॉल्जी उपकरण (Golgi apparatus) कोशिका के झिल्ली तंत्र का एक भाग है और वह मुख्य स्थान है जहाँ नवसंश्लेषित प्रोटीनों और लिपिडों में संशोधन, छँटाई (वर्गीकरण) और पैकेजिंग की जाती है। यह संरचना इतालवी वैज्ञानिक कैमिलो गॉल्जी (Camillo Golgi) के नाम पर रखी गई है।

गॉल्जी उपकरण चपटी, थैली जैसी संरचनाओं (गॉल्जी पुटिकाओं) की एक श्रृंखला से बना होता है, जो एक के ऊपर एक जमकर समग्र रूप से गॉल्जी उपकरण का निर्माण करती हैं। गॉल्जी उपकरण के दो मुख्य फलक होते हैं: cis फलक (निर्माण फलक) और trans फलक (परिपक्वन फलक)। cis फलक एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम के निकट वाला भाग है और यह वह प्रवेश-द्वार है जिसके माध्यम से नवसंश्लेषित प्रोटीन और लिपिड एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से गॉल्जी उपकरण में भेजे जाते हैं। trans फलक वह निकास-द्वार है जिसके माध्यम से पदार्थ गॉल्जी उपकरण से कोशिका के अन्य भागों में भेजे जाते हैं।

गॉल्जी उपकरण में किए जाने वाले मुख्य कार्य इस प्रकार हैं:

1. संशोधन: जब प्रोटीन और लिपिड गॉल्जी उपकरण से गुजरते हैं, तो विभिन्न रासायनिक संशोधन (उदाहरण के लिए, शर्करा शृंखलाओं का जोड़ना या उनमें सुधार) किए जाते हैं। इससे प्रोटीनों और लिपिडों के कार्य का नियमन होता है।
2. छँटाई: संशोधित प्रोटीन और लिपिड फिर एक ऐसी प्रक्रिया से गुजरते हैं जो यह निर्धारित करती है कि उन्हें कहाँ भेजा जाना चाहिए। ये अणु कोशिका के अन्य भागों (उदाहरण के लिए, लाइसोसोम या माइटोकॉन्ड्रिया), कोशिका सतह, या कोशिका के बाहर भेजे जाते हैं।
3. पैकेजिंग: भेजे जाने वाले प्रोटीन और लिपिड पुटिका नामक एक झिल्ली में लपेटे जाते हैं, जो प्रोटीनों और लिपिडों के परिवहन का साधन बन जाती है।

ऐसे कार्यों के माध्यम से, गॉल्जी उपकरण कोशिका के प्रोटीन परिवहन को नियंत्रित करता है और कोशिकीय कार्य को बनाए रखने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और गॉल्जी उपकरण में EV का निर्माण

एक्सोसोम, या बाह्यकोशिकीय पुटिका (EV), कोशिका के भीतर की जानकारी ले जाने वाली छोटी, बुलबुले जैसी संरचनाएँ हैं, और ये जीव के भीतर कई महत्वपूर्ण कार्य करती हैं। ये कोशिका-से-कोशिका संचार में सहायता करती हैं और जीव में वृद्धि, विकास, प्रतिरक्षा अनुक्रियाओं, रोग की प्रगति आदि का नियमन करती हैं। नीचे, हम एक्सोसोम के उत्पादन में सम्मिलित दो मुख्य कोशिकीय संरचनाओं, अर्थात् एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और गॉल्जी उपकरण, का विस्तार से वर्णन करते हैं।

सबसे पहले, एक्सोसोम का उत्पादन कोशिका के भीतर एक जटिल मार्ग द्वारा किया जाता है जिसमें एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और गॉल्जी उपकरण शामिल हैं। एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम कोशिका के भीतर नवनिर्मित प्रोटीनों को मोड़ने, उनमें संशोधन करने और उन्हें उपयुक्त स्थान पर भेजने की भूमिका निभाता है। विशेष रूप से, एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से आने वाले प्रोटीन गॉल्जी उपकरण में भेजे जाते हैं, जहाँ उनमें और संशोधन किया जाता है। गॉल्जी उपकरण उस स्थान के रूप में कार्य करता है जहाँ कोशिका के भीतर प्रोटीनों में अंततः संशोधन किया जाता है और उन्हें कोशिका के भीतर या बाहर भेजा जाता है।

एक्सोसोम का उत्पादन एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से आरंभ होता है। एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से स्रावित प्रोटीन और लिपोप्रोटीन एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से बाहर निकलकर गॉल्जी उपकरण की ओर जाते हैं। इस प्रक्रिया में, ये प्रोटीन और लिपोप्रोटीन एंडोसोम नामक एक अंतःकोशिकीय पुटिका संरचना में ग्रहण किए जाते हैं। एंडोसोम पदार्थों को कोशिका के भीतर अन्य स्थानों तक पहुँचाने की भूमिका निभाता है।

जब एंडोसोम परिपक्व होता है, तो वह मल्टीवेसिकुलर बॉडी (MVB) नामक एक संरचना बन जाता है। MVB के भीतर अनेक आंतरिक पुटिकाएँ, अर्थात् एक्सोसोम के पूर्ववर्ती, बनती हैं। इन पूर्ववर्तियों में कोशिका से बाहर ले जाने योग्य विभिन्न पदार्थ होते हैं, जैसे प्रोटीन, लिपोप्रोटीन और RNA।

इसके बाद MVB गॉल्जी उपकरण में भेजा जाता है। गॉल्जी उपकरण में, MVB से आने वाले एक्सोसोम के पूर्ववर्तियों में और संशोधन होता है और वे अंततः परिपक्व होकर एक्सोसोम बन जाते हैं। गॉल्जी उपकरण में, एक्सोसोम के आकार और कार्य को प्रभावित करने वाले महत्वपूर्ण संशोधन किए जाते हैं। इनमें शर्करा शृंखलाओं का जोड़ा जाना और फॉस्फोरिलीकरण जैसे प्रोटीन संशोधन शामिल हैं।

जब एक्सोसोम गॉल्जी उपकरण में परिपक्व हो जाता है, तो वह कोशिका झिल्ली की ओर जाता है और कोशिका झिल्ली के साथ संगलित हो जाता है। इसके परिणामस्वरूप, एक्सोसोम कोशिका के बाहर मुक्त होता है। इस प्रक्रिया को बाह्यकोशिकता कहते हैं और यह वह मुख्य साधन है जिसके द्वारा कोशिका बाहरी वातावरण के साथ जानकारी साझा करती है।

एक्सोसोम का उत्पादन और मोचन वह महत्वपूर्ण क्रियाविधि है जिसके द्वारा कोशिका अपने वातावरण के साथ अंतःक्रिया करती है, और साथ ही यह रोगों के निदान और उपचार में नई संभावनाएँ खोल सकती है। उदाहरण के लिए, यह ज्ञात है कि कैंसर कोशिकाएँ अपनी वृद्धि और प्रसार में सहायक संकेतों को ले जाने के लिए एक्सोसोम का उपयोग करती हैं। इसलिए, एक्सोसोम के उत्पादन और कार्य को समझकर, हमें इन रोग-अवस्थाओं को बेहतर ढंग से समझने और उनका प्रभावी उपचार करने के उपाय खोजने में सक्षम होना चाहिए।

एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और गॉल्जी उपकरण की भूमिकाओं को समझना एक्सोसोम के उत्पादन और कार्य को समझने के लिए अनिवार्य है। ये संरचनाएँ वह मूलभूत तंत्र प्रदान करती हैं जो यह सुनिश्चित करता है कि एक्सोसोम का उचित रूप से निर्माण, संशोधन और मोचन हो। इसी कारण, एक्सोसोम पर शोध को इन कोशिकीय संरचनाओं और उनके द्वारा निभाई जाने वाली भूमिकाओं पर केंद्रित होने की आवश्यकता है।

जैसा कि ऊपर वर्णित है, एक्सोसोम के उत्पादन में एक जटिल प्रक्रिया शामिल होती है जो एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और गॉल्जी उपकरण से होकर गुजरती है। ये कोशिकीय संरचनाएँ, प्रोटीन के मुड़ने, संशोधन और परिवहन जैसी प्रक्रियाओं की एक शृंखला के माध्यम से, एक्सोसोम के निर्माण और मोचन में सहायता करती हैं। एक्सोसोम पर शोध अभी विकासशील अवस्था में है, और यह इस बात को उजागर करने के नए मार्ग खोल रहा है कि ये सूक्ष्म, बुलबुले जैसी संरचनाएँ जीवों की जीवन-गतिविधियों को किस प्रकार प्रभावित करती हैं और रोग की उत्पत्ति और प्रगति में किस प्रकार सम्मिलित होती हैं।

एक्सोसोम के भीतर सूचना-संचारक पदार्थ होते हैं। इनमें RNA, DNA, प्रोटीन आदि शामिल हैं। ये अणु कोशिका-से-कोशिका संचार में उपयोग किए जाते हैं और कोशिकाओं के व्यवहार और कार्य के नियमन में भूमिका निभाते हैं। ऐसा भी माना जाता है कि एक्सोसोम बाहरी वातावरण से कोशिका तक जानकारी पहुँचाने में सम्मिलित होते हैं।

एक्सोसोम के भीतर microRNA कब ग्रहण किया जाता है?

एक्सोसोम के भीतर निहित माइक्रोआरएनए (miRNA) कोशिका के भीतर एक्सोसोम उत्पादन प्रक्रिया के प्रारंभिक चरण में ग्रहण किया जाता है। विशेष रूप से, उस प्रक्रिया के दौरान जिसमें एक्सोसोम का पूर्ववर्ती बनने वाला एंडोसोम बनता है, कोशिकाद्रव्य में मौजूद miRNA एंडोसोम के भीतर ग्रहण किया जाता है।

कोशिकाद्रव्य में मौजूद miRNA के एंडोसोम के भीतर ग्रहण किए जाने की विशिष्ट क्रियाविधि अभी तक पूर्ण रूप से स्पष्ट नहीं हुई है। फिर भी, अनेक अध्ययनों से कुछ संभावनाएँ सुझाई गई हैं।

1. RNA-बंधक प्रोटीन (RBPs): कुछ विशिष्ट RNA-बंधक प्रोटीन miRNA से बंध सकते हैं और उसे एंडोसोम के भीतर ग्रहण कर सकते हैं। ये प्रोटीन miRNA से बंधते हैं और उसके एंडोसोम में ग्रहण किए जाने में सहायता की भूमिका निभाते हैं।
2. मानव प्रोटीन AGO2: ऐसा माना जाता है कि मानव प्रोटीन AGO2 miRNA को एंडोसोम के भीतर ग्रहण करने की भूमिका निभाता है। AGO2 miRNA से बंधकर उसके एंडोसोम में ग्रहण किए जाने में सहायता कर सकता है।
3. ESCRT (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) संकुल: यह संकुल एंडोसोम के परिपक्वन और एक्सोसोम के निर्माण में सम्मिलित होता है। यह miRNA के एंडोसोम में ग्रहण किए जाने में किस प्रकार सम्मिलित होता है, यह अभी स्पष्ट नहीं है, लेकिन कुछ अध्ययनों में एक संबंध सुझाया गया है।

ये सभी क्रियाविधियाँ इस बात की संभावनाओं को दर्शाती हैं कि कोशिका के भीतर का miRNA किस प्रकार एंडोसोम में ग्रहण किया जाता है, लेकिन विस्तृत प्रक्रिया और प्रत्येक की भूमिका का बहुत कुछ अभी अस्पष्ट है। एक्सोसोम और miRNA के बीच के संबंध पर शोध अभी भी जारी है, और आशा है कि भविष्य में और विस्तृत क्रियाविधियाँ स्पष्ट होंगी।

2022 में एक रोचक शोध-पत्र प्रकाशित हुआ था। निकट भविष्य में, मैं उसकी विषय-वस्तु का सारांश प्रस्तुत करना चाहूँगा।

MicroRNA sequence codes for small extracellular vesicle release and cellular retention - Nature

MicroRNAs encode sorting sequences that determine whether they are secreted in exosomal vesicles to regulate gene expres…

www.nature.com

एंडोसोम के भीतर ग्रहण किया गया miRNA, उस प्रक्रिया के दौरान जिसमें एंडोसोम परिपक्व होकर मल्टीवेसिकुलर बॉडी (MVB) में परिवर्तित होता है, MVB के भीतर की पुटिकाओं (अंतःगुहीय पुटिकाओं) में बंद हो जाता है। जब ये पुटिकाएँ अंततः एक्सोसोम बन जाती हैं और कोशिका के बाहर मुक्त होती हैं, तब miRNA भी उनके साथ मुक्त होता है।

ध्यान रहे कि कौन-सा miRNA एक्सोसोम में ग्रहण किया जाता है, यह यादृच्छिक नहीं है; यह ज्ञात है कि विशिष्ट miRNA चयनात्मक रूप से एक्सोसोम में ग्रहण किए जाते हैं। इस चयनात्मकता की क्रियाविधि पूर्ण रूप से स्पष्ट नहीं हुई है, लेकिन माना जाता है कि कई कारक (उदाहरण के लिए, विशिष्ट RNA-बंधक प्रोटीन) इसमें सम्मिलित होते हैं।

इसलिए, miRNA एंडोसोम के निर्माण चरण में एक्सोसोम में ग्रहण किया जाता है, और इसके बाद एक्सोसोम के परिपक्वन और मोचन की प्रक्रिया के माध्यम से, वह एक्सोसोम के भीतर बंद होकर कोशिका के बाहर ले जाया जाता है।

एक्सोसोम के चिकित्सीय अनुप्रयोग को साकार करने के लिए एक्सोसोम उत्पादन से संबंधित क्रियाविधियों को गहराई से समझना आवश्यक है। फिर भी, चूँकि अभी भी अनेक बिंदु अस्पष्ट हैं, इसलिए और शोध की आवश्यकता है। इस क्षेत्र के संबंध में, मेरा इरादा है कि मैं सदैव इसकी नवीनतम जानकारी से अद्यतन रहूँ।