Science · · 3 min read
ক্রায়ো-ইএমে ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত K+ চ্যানেলের একটি মধ্যবর্তী অবস্থা উন্মোচিত
পরিবর্তিত Shaker চ্যানেল নিয়ে এক গবেষণায় দেখা গেছে, ভোল্টেজ-সেন্সরের আংশিক সক্রিয়তাও বন্ধ থাকা পোরকে প্রভাবিত করতে পারে।
ক্রায়ো-ইলেকট্রন মাইক্রোস্কপি গবেষণায় ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত একটি পটাশিয়াম চ্যানেলকে বিশ্রামাবস্থা ও সম্পূর্ণ সক্রিয় অবস্থার মধ্যবর্তী এক অবস্থায় ধারণ করা হয়েছে। গঠনে দেখা যায়, চ্যানেলটির ভোল্টেজ-সেন্সিং ডোমেন আংশিকভাবে সক্রিয়, অথচ যে পথ দিয়ে আয়ন চলাচল করার কথা, সেই পোরটি বন্ধ রয়েছে।
nature.com-এ Nature Communications যে ফলাফল প্রকাশ করেছে, তা চ্যানেলের ভেতরে বৈদ্যুতিক সংকেত কীভাবে সঞ্চারিত হয়, তার একটি কাঠামোগত ব্যাখ্যা দেয়। গবেষণাটি Shaker চ্যানেলকে কেন্দ্র করে—এটি বহুল গবেষিত একটি ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত চ্যানেল—এবং এর বিশেষভাবে পরিবর্তিত একটি সংস্করণ, যা ILT মিউট্যান্ট নামে পরিচিত। এতে তিনটি প্রতিস্থাপন হলো V369I, I372L এবং S376T।
দুই অবস্থার মাঝামাঝি ধরা পড়া একটি চ্যানেল
ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত পটাশিয়াম চ্যানেলে দুটি কার্যকরী অঞ্চল থাকে, যাদের পরস্পরের সঙ্গে যোগাযোগ করতে হয়। ভোল্টেজ-সেন্সিং ডোমেন, বা VSD, বৈদ্যুতিক অবস্থার পরিবর্তন শনাক্ত করে। পোর ডোমেন, বা PD, এমন একটি পথ তৈরি করে, যা খুললে চ্যানেলটি আয়ন পরিবহন করতে পারে। ভোল্টেজের মাধ্যমে সক্রিয় হতে হলে এই দুটি অংশকে পরস্পরের সঙ্গে যুক্ত থাকতে হয়: সেন্সরের নড়াচড়া শেষ পর্যন্ত পোরকে প্রভাবিত করবে।
এই সম্পর্কটি একই সময়ে বা সম্পূর্ণভাবে ঘটে—এমনটা জরুরি নয়। গবেষণায় ব্যবহৃত ILT মিউট্যান্টটি VSD-এর নড়াচড়াকে PD-এর খোলার ঘটনা থেকে আংশিকভাবে আলাদা বা ডিকাপল করতে পারে বলে পরিচিত। ফলে এমন একটি অবস্থা পরীক্ষা করা সম্ভব হয়েছে, যেখানে ভোল্টেজ সেন্সরটি পথের কেবল কিছুটা অতিক্রম করেছে, কিন্তু পোর খোলেনি।
ক্রায়ো-ইএম কাঠামো এই অবস্থাটির একটি চিত্র দেয়। এতে সম্পূর্ণ বিশ্রামরত চ্যানেল বা খোলা পোরযুক্ত চ্যানেল—কোনোটিই দেখা যায় না; বরং ধরা পড়েছে একটি মধ্যবর্তী বিন্যাস। VSD আংশিক সক্রিয় হয়েছে, কিন্তু PD-এর গেট এখনও বন্ধ। এর ফলে ভোল্টেজ শনাক্ত করা এবং আয়ন প্রবাহ নিয়ন্ত্রণের মধ্যে সংযোগটি পরীক্ষা করার জন্য গবেষকেরা একটি কাঠামোগত পর্যায় পেয়েছেন।
ফলটির গুরুত্ব নিহিত রয়েছে ঘটনাগুলোর সময়কাল ও সমন্বয়ের মধ্যে। পোর সম্পূর্ণভাবে সাড়া দেওয়ার আগেই একটি ভোল্টেজ সেন্সর তার অবস্থা পরিবর্তন করতে পারে। একই কাঠামোর মধ্যে এই দুটি বৈশিষ্ট্য পর্যবেক্ষণ করলে সক্রিয়তার বিভিন্ন ধাপ আলাদা করা যায় এবং এক ডোমেন থেকে অন্য ডোমেনে তথ্য কীভাবে সঞ্চারিত হয়, তা অনুসন্ধানের ভিত্তি তৈরি হয়।
চলমান সংযোগ হিসেবে লিঙ্কার
গবেষণাটি এই প্রক্রিয়ায় S4-S5 লিঙ্কারকে একটি গুরুত্বপূর্ণ অংশ হিসেবে চিহ্নিত করেছে। এই লিঙ্কার ভোল্টেজ-সেন্সিং ও পোর ডোমেনকে যুক্ত করে। বিশ্লেষণ অনুযায়ী, এটি এমন কোনো অনমনীয় লিভার নয়, যা একটি নির্দিষ্ট অবস্থানে স্থির থাকে। বরং এটি দুটি মেটাস্টেবল অবস্থানের মধ্যে সরে যায়—এমন দুটি বিন্যাস, যার প্রতিটিই কিছু সময় ধরে স্থায়ী থাকতে পারে, আবার পরিবর্তনশীলও থাকে।
গবেষকেরা কাঠামোগত পর্যবেক্ষণের সঙ্গে কম্পিউটেশনাল মডেলিংও যুক্ত করেছেন। তাঁদের গণনায় AlphaFold2-এর পূর্বাভাস এবং মলিকিউলার ডায়নামিক্স সিমুলেশন ব্যবহার করা হয়েছে। সম্মিলিতভাবে, এই পদ্ধতিগুলোর সাহায্যে লিঙ্কার কীভাবে আচরণ করে এবং তার অবস্থানগুলো চ্যানেলের সক্রিয়তার অবস্থার সঙ্গে কীভাবে সম্পর্কিত, তা পরীক্ষা করা হয়েছে।
প্রস্তাবিত প্রক্রিয়াটি লিঙ্কারের দুটি অবস্থানের আপেক্ষিক উপস্থিতির পরিবর্তনের ওপর ভিত্তি করে গড়ে উঠেছে। VSD সক্রিয় হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে এই বিকল্পগুলোর মধ্যে ভারসাম্য বদলে যায়। এর ফলে এমন একটি পথ তৈরি হয়, যার মাধ্যমে ভোল্টেজ সেন্সরের নড়াচড়া পোর ডোমেনে সঞ্চারিত হতে পারে, যদিও কাঠামোটিতে ধরা পড়া মধ্যবর্তী পর্যায়ে পোর বন্ধই থাকতে পারে।
এই দৃষ্টিভঙ্গিতে লিঙ্কারকে ইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল কাপলিংয়ের কেন্দ্রে রাখা হয়েছে—যে প্রক্রিয়ায় বৈদ্যুতিক পরিবর্তন যান্ত্রিক পুনর্বিন্যাসে রূপান্তরিত হয়। এ ক্ষেত্রে বৈদ্যুতিক সংকেতটি VSD-এর সক্রিয়তার মাধ্যমে প্রকাশ পায়, আর যান্ত্রিক পরিণতিগুলোর মধ্যে রয়েছে লিঙ্কারের নড়াচড়া এবং শেষ পর্যন্ত পোরের গেটের পরিবর্তন।
মধ্যবর্তী অবস্থাটি কেন গুরুত্বপূর্ণ
কাঠামোটি একাই সম্পূর্ণ খোলার ক্রমটি দেখায় না। বরং এটি সেই ক্রমের একটি ধাপকে আলোকিত করে: সেন্সরের আংশিক সক্রিয়তার সঙ্গে পোরের বন্ধ থাকা। এই পার্থক্যটি গুরুত্বপূর্ণ, কারণ দুটি ডোমেনকে একই তালে নড়তে হয় না।
এই আংশিক বিচ্ছিন্ন অবস্থাটি প্রকাশ করতে ILT মিউট্যান্ট অপরিহার্য ছিল। এর পরিবর্তিত অবশিষ্টাংশগুলো ভোল্টেজ-সেন্সরের নড়াচড়া ও পোর খোলার ঘটনাকে আংশিকভাবে বিচ্ছিন্ন হতে দেয়, ফলে মধ্যবর্তী অবস্থাটি কাঠামোগতভাবে অনুসন্ধান করা সহজ হয়। মডেলিং ও সিমুলেশনের সমর্থনপুষ্ট ক্রায়ো-ইএম ফলাফলটি এই অবস্থাকে S4-S5 লিঙ্কার-সম্পর্কিত একটি গতিশীল প্রক্রিয়ার সঙ্গে যুক্ত করেছে।
অতএব, গবেষণাটি ভোল্টেজ-সক্রিয়তাকে একটি একক অনমনীয় নড়াচড়া হিসেবে নয়, বরং অণুগত বিন্যাসগুলোর বণ্টনে পরিবর্তন হিসেবে উপস্থাপন করেছে। VSD কোন লিঙ্কার অবস্থানটি বেশি উপস্থিত থাকবে, তা প্রভাবিত করে; আর এই পুনর্বণ্টন PD-এর সঙ্গে যোগাযোগের ভৌত ভিত্তি তৈরি করে। ধারণ করা কাঠামোটিতে পোর বন্ধ রয়েছে, কিন্তু চ্যানেলের ভেতরে ইতিমধ্যেই সেই পুনর্বিন্যাসগুলো ঘটছে, যা ভোল্টেজ শনাক্তকরণকে গেট নিয়ন্ত্রণের সঙ্গে যুক্ত করে।