বিজ্ঞানীরা শেখার এবং স্মৃতির গঠন শৃঙ্খলে জড়িত প্রোটিন পর্যবেক্ষণ করেছেন

কানাজাওয়া ইউনিভার্সিটি ন্যানোলাইফ সায়েন্স ইনস্টিটিউট (WPI-NanoLSI), কিয়োটো ইউনিভার্সিটি, সোকেন্ডাই এবং ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট ফর ফিজিওলজিক্যাল সায়েন্সেসের গবেষকরা প্রকাশ করেছেন কীভাবে CaMKIIα, শেখার এবং স্মৃতিতে জড়িত একটি মূল মস্তিষ্কের প্রোটিন, নিজেকে চেইন-এর মতো কাঠামোতে সংগঠিত করে। তাদের গবেষণা হচ্ছে বৈজ্ঞানিক অগ্রগতিদেখায় কিভাবে এই প্রোটিন গঠনগুলি সক্রিয় হওয়ার পরে বৃদ্ধি পায় এবং কীভাবে তাদের সংগঠন নিউরোডেভেলপমেন্টাল ডিসঅর্ডারগুলির সাথে সম্পর্কিত মিউটেশন দ্বারা পরিবর্তিত হয়, একটি আবিষ্কার যা স্মৃতি গঠন এবং স্নায়বিক রোগ সম্পর্কে আমাদের বোঝার গভীরতর করতে পারে।
নতুন স্মৃতি তৈরি হওয়ার সাথে সাথে মস্তিষ্কের কোষগুলির মধ্যে সংযোগ আরও শক্তিশালী হতে পারে। CaMKIIα নামক একটি প্রোটিন এই প্রক্রিয়ায় একটি মূল ভূমিকা পালন করে এবং বিশেষ করে প্রচুর পরিমাণে যেখানে মস্তিষ্কের কোষ তথ্য প্রেরণ করে। বিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরে জানেন যে এই প্রোটিনগুলির মধ্যে অনেকগুলি সক্রিয় বন্ধনে একত্রিত হয়, কিন্তু তারা স্পষ্টভাবে দেখতে সক্ষম হয়নি যে কীভাবে পৃথক প্রোটিন অণুগুলি একত্রিত হয়।
নতুন গবেষণায়, মিকিহিরো শিবাতার নেতৃত্বে একটি দল উচ্চ-গতির পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করেছে, এমন একটি কৌশল যা অত্যন্ত উচ্চ রেজোলিউশনে পৃথক অণুগুলির ভিজ্যুয়ালাইজেশনের অনুমতি দেয়, যাতে বাস্তব সময়ে CaMKIIα অণুগুলি কীভাবে চলে এবং যোগাযোগ করে। গবেষকরা আবিষ্কার করেছেন যে মস্তিস্ক এবং কোষের সংযোগের মতো ভিড়ের পরিস্থিতিতে, অণুগুলি একত্রে বন্ধন করে চেইন-এর মতো কাঠামো তৈরি করে।

অবাধে চলমান অণু থেকে চেইন-সদৃশ ক্লাস্টার পর্যন্ত
CaMKIIα সাধারণত হোলোএনজাইম নামে একটি বৃত্তাকার কমপ্লেক্স হিসাবে একত্রিত হয় এবং সাধারণত 12টি প্রোটিন সাবুনিট থাকে। কম ঘনত্বে, যেখানে হোলোএনজাইম অবাধে ছড়িয়ে পড়তে পারে, 95% এর বেশি পৃথক কণা হিসাবে উপস্থিত হয়, তা নিষ্ক্রিয় হোক বা সক্রিয় হোক। কোন স্থিতিশীল ক্লাস্টার গঠিত হয়নি।
গবেষকরা পোস্টসিনাপটিক পরিবেশের দুটি মূল বৈশিষ্ট্য পুনরায় তৈরি করার সময় জিনিসগুলি পরিবর্তিত হয়েছিল: ম্যাক্রোমোলিকুলার ঘনত্ব এবং সীমাবদ্ধ চলাচল। এই স্থানিকভাবে সীমাবদ্ধ অবস্থার অধীনে, CaMKIIα হোলোএনজাইমগুলি একে অপরের সংস্পর্শে আসে এবং বেশ কয়েকটি হোলোএনজাইম ধারণকারী স্থিতিশীল চেইন তৈরি করে। HS-AFM দ্বারা পর্যবেক্ষণ করা যোগাযোগের পয়েন্টগুলি দেখায় যে মিথস্ক্রিয়াটি প্রোটিনের কাইনেস ডোমেনের মাধ্যমে ঘটছে, অনুঘটক কার্যকলাপের জন্য দায়ী অঞ্চল।
ক্লাস্টারগুলি পোস্টসিন্যাপটিক ঘনত্বের মধ্যে অনুমান করা ঘনত্বের চেয়ে কম ঘনত্বে তৈরি হতে শুরু করে, সিন্যাপসিসের প্রোটিন সমৃদ্ধ সংকেত অঞ্চল। এটি পরামর্শ দেয় যে ডেনড্রাইটিক মেরুদণ্ডের ঘন এবং সীমাবদ্ধ পরিবেশ দৃঢ়ভাবে উচ্চ-ক্রম CaMKIIα সংগঠনের পক্ষে হতে পারে।

সক্রিয় হলে, আণবিক চেইন প্রসারিত হয়
যখন মস্তিষ্কের কোষে ক্যালসিয়ামের মাত্রা বেড়ে যায়, তখন ক্যালমোডুলিন নামক আরেকটি অণু CaMKIIα চালু করে। এর ফলে প্রোটিনের কার্যকারী অংশ, যা কিনাস ডোমেন নামে পরিচিত, বাইরের দিকে চলে যায়। উচ্চ-গতির পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপি দেখিয়েছে যে CaMKIIα অণুগুলি প্রোটিন খোলার সাথে সাথে বৃহত্তর শৃঙ্খলের মতো কাঠামো তৈরি করে। সংলগ্ন অণুগুলির মধ্যে দূরত্ব প্রায় 4 ন্যানোমিটার বৃদ্ধি পেয়েছে, এটি নিশ্চিত করে যে সক্রিয় প্রোটিন আরও দীর্ঘায়িত আকার গ্রহণ করেছে।
সক্রিয় প্রোটিনগুলি নিজেদের মধ্যে ফসফেট গ্রুপ নামক ছোট রাসায়নিক ট্যাগ যোগ করতে পারে। অটোফসফোরিলেশন নামে পরিচিত এই প্রক্রিয়াটি ক্যালসিয়ামের মাত্রা কমে যাওয়ার পরেও CaMKIIα কে সক্রিয় থাকতে সাহায্য করে। গবেষকরা দেখেছেন যে নির্দিষ্ট সাইটে এই ট্যাগ যোগ করার ফলে বৃহত্তর চেইনগুলি স্থিতিশীল থাকে। কম্পিউটার সিমুলেশনগুলি এই পর্যবেক্ষণটিকে সমর্থন করেছিল, দেখায় যে প্রোটিনগুলি যখন খোলা থাকে বা যখন তাদের চলাচল সীমাবদ্ধ থাকে তখন তাদের বড় দল গঠনের সম্ভাবনা বেশি থাকে।
“আমাদের পর্যবেক্ষণগুলি পৃথক CaMKIIα হোলোএনজাইমের কাঠামোগত পরিবর্তনগুলিকে বৃহত্তর আকারের যৌথ সংগঠনের সাথে যুক্ত করে,” শিবাটা বলেছেন। “ফলাফলগুলি পরামর্শ দেয় যে অ্যাক্টিভেশন শুধুমাত্র কাইনেজ কার্যকলাপে স্যুইচ করে না, তবে CaMKIIα অণুগুলি একে অপরের সাথে একত্রিত হওয়ার উপায়ও পরিবর্তন করে।”

আণবিক সক্রিয়করণ এবং সিনাপটিক সংস্থার মধ্যে সম্ভাব্য সেতু
মস্তিষ্কের কোষগুলির মধ্যে সংযোগের দীর্ঘমেয়াদী শক্তিশালীকরণকে দীর্ঘমেয়াদী সম্ভাবনা বা এলটিপি বলা হয়। বিজ্ঞানীরা বিশ্বাস করেন যে এলটিপি হল একটি মূল প্রক্রিয়া যার দ্বারা মস্তিষ্ক স্মৃতি গঠন করে।
গবেষকরা প্রস্তাব করেন যে এলটিপির সময় সক্রিয় হওয়া CaMKIIα অণুগুলি মস্তিষ্কের কোষগুলির মধ্যে সংযোগের প্রাপ্তির প্রান্তে রিসেপ্টরগুলির সাথে আবদ্ধ হয়। একবার জায়গায় রাখা হলে, এই অণুগুলি তাদের চারপাশে জড়ো হওয়ার জন্য অন্যান্য CaMKIIα অণুগুলির জন্য একটি সূচনা পয়েন্ট হিসাবে কাজ করতে পারে। প্রোটিন তারপর চেইন বা বড় গ্রুপ গঠন করতে একত্রিত করতে পারেন. এটি ব্যাখ্যা করতে পারে যে কীভাবে মস্তিষ্ক-কোষ সংযোগ কার্যকর যোগাযোগের জন্য প্রয়োজনীয় প্রচুর পরিমাণে CaMKIIα জমা করে, যদিও প্রোটিন অণুর একটি অংশ সরাসরি রিসেপ্টরের সাথে আবদ্ধ হতে পারে।
এই গবেষণায় পরামর্শ দেওয়া হয়েছে যে পৃথক CaMKIIα অণুর মধ্যে যোগাযোগ দুর্বল। যাইহোক, যখন অনেক প্রোটিন শক্তভাবে একত্রে প্যাক করা হয় এবং অবাধে চলাচল করতে পারে না, তখন অনেক সংখ্যক দুর্বল যোগাযোগ একত্রিত হয়ে একটি স্থিতিশীল কাঠামো তৈরি করতে পারে। এটি ব্যাখ্যা করতে সাহায্য করতে পারে যে কীভাবে পৃথক CaMKIIα অণুর আকারে ছোট পরিবর্তন মস্তিষ্কের কোষগুলির মধ্যে সংযোগে বৃহত্তর প্রোটিন গ্রুপ গঠনের দিকে পরিচালিত করে।

ডিসঅর্ডার-সম্পর্কিত মিউটেশন ক্লাস্টার অস্বাভাবিকভাবে
গবেষণা দল P212L নামে পরিচিত CaMKIIα এর পরিবর্তিত রূপও অধ্যয়ন করেছে। নামটি ইঙ্গিত করে যে প্রোটিনের একটি উপাদান 212 অবস্থানে আরেকটি দ্বারা প্রতিস্থাপিত হয়েছিল। এই পরিবর্তনটি CAMK2A জিনের মিউটেশনের কারণে হয়েছে, যা CaMKIIα তৈরির নির্দেশনা প্রদান করে। এটিকে ডি নভো মিউটেশন বলা হয় কারণ এটি পিতামাতার কাছ থেকে উত্তরাধিকার সূত্রে প্রাপ্ত হওয়ার পরিবর্তে স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে। এই মিউটেশনটি বুদ্ধিবৃত্তিক অক্ষমতা এবং মস্তিষ্কের বিকাশকে প্রভাবিত করে এমন অন্যান্য ব্যাধিগুলির সাথে যুক্ত বলে মনে করা হয়।
পূর্ববর্তী গবেষণায় দেখানো হয়েছে যে P212L স্বাভাবিক প্রোটিনের চেয়ে সহজে সক্রিয় হয়। ইঁদুরগুলিতে, এটি অস্বাভাবিকভাবে শক্তিশালী দীর্ঘমেয়াদী সম্ভাবনা (LTP) সৃষ্টি করতে পারে, যা ক্রমাগতভাবে মস্তিষ্কের কোষগুলির মধ্যে সংযোগকে শক্তিশালী করে।
আমাদের পরীক্ষা-নিরীক্ষায়, P212L স্বাভাবিক প্রোটিনের তুলনায় অনেক বড় গোষ্ঠী তৈরি করে, এমনকি যখন অ-সক্রিয়, বিশ্রামের অবস্থায় থাকে। গবেষকরা পরামর্শ দেন যে এই মিউটেশন প্রোটিনের পক্ষে তার স্বাভাবিকভাবে ভাঁজ করা, সুইচ অফ আকৃতি বজায় রাখা কঠিন করে তোলে। ফলস্বরূপ, অন্যান্য CaMKIIα অণুগুলি খোলা এবং বাঁধার সম্ভাবনা বেশি।
“P212L মিউট্যান্টের অস্বাভাবিক বেসাল ক্লাস্টারিং পরামর্শ দেয় যে CaMKIIα সংগঠনের পরিবর্তন এবং অত্যধিক সিনাপটিক প্রতিক্রিয়াশীলতার মধ্যে একটি আণবিক সংযোগ থাকতে পারে,” অধ্যাপক শিবাটা ব্যাখ্যা করেন। “ভবিষ্যতে, জীবন্ত সিন্যাপসে তুলনীয় ক্লাস্টার তৈরি হয় কিনা এবং ক্লাস্টারের আকারের পরিবর্তনগুলি কীভাবে স্নায়ু ফাংশনকে প্রভাবিত করে তা পরীক্ষা করা গুরুত্বপূর্ণ।”

গবেষণা থেকে আমরা কী শিখতে পারি এবং কী বুঝতে পারি না?
এই অধ্যয়নটি একটি বিশুদ্ধ পরীক্ষামূলক পদ্ধতিতে CaMKIIα এর স্ব-সমাবেশ সরাসরি প্রদর্শন করে এবং ক্লাস্টারের আকার নিয়ন্ত্রণ করে এমন শর্তগুলি সনাক্ত করে। জীবন্ত নিউরনের মধ্যে একই চেইন-সদৃশ কাঠামোর অস্তিত্ব এখনও প্রদর্শিত হয়নি। HS-AFM পর্যবেক্ষণগুলি একটি মাইকা পৃষ্ঠে দুটি মাত্রায় সম্পাদিত হয়েছিল যেখানে অনির্দিষ্ট শোষণ অণুগুলির আচরণকে প্রভাবিত করতে পারে। অতএব, লেখকরা উন্নত সাবস্ট্রেট এবং ইমেজিং অবস্থার বিকাশের পরিকল্পনা করেছেন এবং একটি অক্ষত সিনাপটিক পরিবেশে অনুরূপ বিপরীত ক্লাস্টার গতিবিদ্যা ঘটে কিনা তা তদন্ত করে।
এই সীমাবদ্ধতা সত্ত্বেও, এই অধ্যয়নটি বোঝার জন্য একটি নতুন কাঠামো প্রদান করে যে কীভাবে স্থানীয় ঘনত্ব, সক্রিয়করণের অবস্থা এবং CaMKIIα-এর গতিবিধি সিনাপটিক সংকেত সংগঠিত করতে একসাথে কাজ করে। ফলাফলগুলি শেখার এবং মেমরির ভবিষ্যত মডেল এবং CAMK2A মিউটেশনের সাথে যুক্ত নিউরোডেভেলপমেন্টাল ডিসঅর্ডারগুলির অধ্যয়নকে অবহিত করবে বলে আশা করা হচ্ছে।

মূল ধারণা এবং কৌশল
CaMKIIα (ক্যালসিয়াম/ক্যালমোডুলিন-নির্ভর প্রোটিন কিনেস II আলফা)- সিনাপটিক প্লাস্টিসিটি, শেখার এবং স্মৃতিশক্তির জন্য প্রয়োজনীয় একটি অত্যন্ত প্রচুর পরিমাণে নিউরোএনজাইম।
হোলোএনজাইম – সম্পূর্ণ CaMKIIα কমপ্লেক্সটি সাধারণত একটি কেন্দ্রীয় হাবের চারপাশে সাজানো 12টি সাবুনিট থেকে গঠিত হয়।
দীর্ঘমেয়াদী সম্ভাবনা (LTP)- নিউরন এবং সেলুলার মেকানিজমের অন্তর্নিহিত লার্নিং এবং মেমরির মধ্যে যোগাযোগের ক্রমাগত বৃদ্ধি ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে।
হাই-স্পিড অ্যাটমিক ফোর্স মাইক্রোস্কোপ (HS-AFM)- একটি ইমেজিং কৌশল যা ন্যানোমিটার রেজোলিউশনের সাথে দ্রবণে পৃথক জৈব অণুর আকৃতি এবং গতিবিধি রেকর্ড করে।
মাঝারি সংগঠন- গঠন পৃথক অণুর চেয়ে বড় কিন্তু সম্পূর্ণ সেলুলার কম্পার্টমেন্টের চেয়ে ছোট। এখানে এটি প্রায় 5 থেকে 500 ন্যানোমিটার।

রেফারেন্স
CaMKIIα হোলোএনজাইম চেইনের মতো মাঝারি আকারের ক্লাস্টারে স্ব-একত্রিত হয়। তাইসেই সুজুকি, তাকাশি সুমিকামা, কেইসুকে মাতসুশিমা, কোডাই হাসগাওয়া, আয়ুমু কাদোনো, কেনিচি উমেদা, নোরিউকি কোডেরা, তমোগুনা দাস, কারস্টেন বেটা, হিদেহারু মুরাকোশি, মিকিহিরো শিবাতা। বিজ্ঞান এগিয়ে যাচ্ছে। [PUBLICATION DATE, VOLUME, ARTICLE NUMBER AND DOI TO BE CONFIRMED].

তহবিল
এই গবেষণাটি ওয়ার্ল্ড প্রিমিয়ার ইন্টারন্যাশনাল রিসার্চ সেন্টার ইনিশিয়েটিভ (WPI), শিক্ষা, সংস্কৃতি, ক্রীড়া, বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি মন্ত্রণালয়, জাপান দ্বারা সমর্থিত ছিল। বৈজ্ঞানিক গবেষণার জন্য JSPS গ্রান্ট-ইন-এইড (JP24K21942, JP25H00972, JP22H04926, JP23H04244, JP24H01298); মোচিদা মেমোরিয়াল মেডিকেল অ্যান্ড ফার্মাসিউটিক্যাল রিসার্চ ফাউন্ডেশন। উয়েহারা মেমোরিয়াল ফাউন্ডেশন। নাইতো ফাউন্ডেশন। টেকদা সায়েন্স ফাউন্ডেশন। JST CREST (JPMJCR1762); JST স্প্রিং (JPMJSP2135); এবং JST ERATO (JPMJER2403)।

মিডিয়া অনুসন্ধান
মায়ুমি তামাদা
NanoLSI ব্যবস্থাপনা অফিস প্রকল্প পরিকল্পনা এবং আউটরিচ
কানাজাওয়া ইউনিভার্সিটি ন্যানো লাইফ সায়েন্স ইনস্টিটিউট
ইমেইল: nanokoho@adm.kanazawa-u.ac.jp
〒920-1192 কাকুমা-চো, কানাজাওয়া সিটি

কানাজাওয়া ইউনিভার্সিটি ন্যানো লাইফ সায়েন্স ইনস্টিটিউট (WPI-NanoLSI) সম্পর্কে
কানাজাওয়া ইউনিভার্সিটি ন্যানোলাইফ সায়েন্স ইনস্টিটিউট জৈবিক সিস্টেমের মধ্যে জৈব অণুগুলিকে সরাসরি চিত্র, বিশ্লেষণ এবং ম্যানিপুলেট করার জন্য উন্নত ন্যানোপ্রোব প্রযুক্তি বিকাশ করে। ইনস্টিটিউট পূর্বে দুর্গম ন্যানোস্কেল ঘটনা অন্বেষণ করে জীবন এবং রোগের মৌলিক নীতিগুলি উন্মোচন করতে চায়।
https://nanolsi.kanazawa-u.ac.jp/

ওয়ার্ল্ড প্রিমিয়ার ইন্টারন্যাশনাল রিসার্চ সেন্টার ইনিশিয়েটিভ (ডব্লিউপিআই) সম্পর্কে
WPI প্রোগ্রামটি 2007 সালে জাপানের শিক্ষা, সংস্কৃতি, ক্রীড়া, বিজ্ঞান ও প্রযুক্তি মন্ত্রণালয় (MEXT) দ্বারা চালু করা হয়েছিল চমৎকার গবেষণা পরিবেশ এবং উচ্চ মাত্রার স্বায়ত্তশাসনের সাথে বিশ্বব্যাপী-উল্লেখযোগ্য গবেষণা কেন্দ্র প্রতিষ্ঠার লক্ষ্যে। এই প্রোগ্রামটি জাপান সোসাইটি ফর দ্য প্রমোশন অফ সায়েন্স (JSPS) দ্বারা পরিচালিত হয়।
https://www.jsps.go.jp/english/e-toplevel/

কানাজাওয়া বিশ্ববিদ্যালয় সম্পর্কে
কানাজাওয়া বিশ্ববিদ্যালয় 1862 সালে ইশিকাওয়া প্রিফেকচারে প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল এবং এটি জাপানের নেতৃস্থানীয় ব্যাপক জাতীয় বিশ্ববিদ্যালয়গুলির মধ্যে একটি। বিশ্ববিদ্যালয়টি বিজ্ঞান, চিকিৎসা, প্রকৌশল, মানবিক এবং সামাজিক বিজ্ঞান জুড়ে আন্তঃবিষয়ক গবেষণা এবং আন্তর্জাতিক সহযোগিতার প্রচার করে।