സ്പർശത്തിന്റെ ശാസ്ത്രം: ജൂലിയസും പാറ്റപുട്യനും കണ്ടുപിടിച്ചതെന്ത്?

ഡോ. കെ. പി. അരവിന്ദൻ

2021-ലെ ജീവശാസ്ത്ര/ വൈദ്യശാസ്ത്ര നൊബേൽ സമ്മാനം കോവിഡുമായി ബന്ധപ്പെട്ട എന്തെങ്കിലും വിഷയത്തിനാവും എന്ന് പലരും പ്രതീക്ഷിച്ചിരുന്നു. എന്നാൽ സാങ്കേതിക നേട്ടങ്ങളേക്കാൾ അടിസ്ഥാന സയൻസിനാണ് ഇത്തവണയും നൊബേൽ കമ്മറ്റി പ്രാധാന്യം നൽകിയത്. പഞ്ചേന്ദ്രിയങ്ങളിൽ പഠിക്കാൻ ഏറ്റവും വിഷമകരമായിരുന്ന സ്പർശത്തിന്റെ ശാസ്ത്രത്തിനാണ് ഇത്തവണത്തെ സമ്മാനം. സാൻ ഫ്രാൻസിസ്ക്കോയിലെ യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഒഫ് കാലിഫോർണിയയിലെ പ്രൊഫസർ ആയ ഡേവിഡ് ജൂലിയസ് (David Julius), കാലിഫോർണിയയിൽ തന്നെയുള്ള സ്ക്രിപ്പ്സ് റിസർച്ചിലെ ലബനീസ്-അമേരിക്കൻ പ്രൊഫസർ അർഡേം പാറ്റപുട്യൻ  (Ardem Patapoutian) എന്നിവരാണ് ഈ വർഷത്തെ അവാർഡ് ജേതാക്കൾ.

പഞ്ചേന്ദ്രിയങ്ങളിലൂടെയാണ് നാം ലോകത്തെ അറിയുന്നത്. കാഴ്ചയും കേൾവിയും മണവും സ്വാദും സ്പർശവും അന്തിമമായി നമ്മുടെ തലച്ചോറ് ഉണ്ടാക്കിയെടുക്കുന്ന അനുഭൂതികളാണ്. എന്നാൽ ഇവ കേവലം അനുഭൂതികളല്ല, ഭൗതിക യാഥാർത്ഥ്യങ്ങളെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നവയാണ്. പ്രകാശം, ശബ്ദം എന്നിവ പോലുള്ള ഭൗതിക ഘടകങ്ങളിലുള്ള വ്യത്യസ്ഥതകളെ തലച്ചോറിന് തിരിച്ചറിയാനും വിശകലനം ചെയ്യാനും കഴിയണമെങ്കിൽ അവ ഉണ്ടാക്കുന്ന സിഗ്നലുകൾ സ്വീകരിച്ച് സന്ദേശങ്ങളായി തലച്ചോറിലെത്തിക്കണം. ഇതിന്റെ പിന്നിലുള്ള സയൻസ് കുറേയൊക്കെ മനസ്സിലാക്കാൻ നമുക്ക് കഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. ഈ പ്രക്രിയയിൽ ആദ്യമായി പല തരം റിസപ്റ്ററുകൾ (ഗ്രാഹികൾ) ചുറ്റുപാടിൽ നിന്നുള്ള ബാഹ്യ-സിഗ്നലുകൾ സ്വീകരിക്കണം. ഉദാഹരണത്തിന് പ്രകാശം കണ്ണിലെ റെറ്റിനയിൽ വീഴുമ്പോൾ അതിലെ ഫോട്ടോറിസപ്റ്റർ കോശങ്ങളിൽ മാറ്റങ്ങൾ ഉണ്ടാവുന്നു. വീഴുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ തോതും തരംഗദൈർഘ്യവും അനുസരിച്ച് ഈ കോശങ്ങളിൽ വരുന്ന വ്യത്യസ്ഥമായ മാറ്റങ്ങൾ വൈദ്യുതിതരംഗങ്ങളാക്കി മാറ്റി നാഡീകളിലൂടെ തലച്ചോറിൽ എത്തിക്കുന്നു. റെറ്റിനയിലെ റോഡ്, കോൺ കോശങ്ങളിലെ വിവിധ ഓപ്സിൻ പ്രോട്ടീനുകളാണ് റെറ്റിനാൽ എന്ന വർണ്ണകവുമായി ചേർന്ന് പ്രകാശത്താൽ മാറ്റപ്പെടുന്ന റീസപ്റ്ററുകളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. ഈ കണ്ടുപിടുത്തത്തിനാണ് ജോർജ് വാൽഡിന് 1967ൽ നൊബേൽ സമ്മാനം ലഭിച്ചത്. മണവും സ്വാദും വേറെ തരത്തിലുള്ള റിസപ്റ്ററുകളുമായാണ് കൂടിച്ചേരൂന്നത്. മൂക്കിലും നാക്കിലുമുള്ള ഈ റിസപ്റ്ററുകൾ രാസപദാർത്ഥങ്ങളുമായി കൂടിച്ചേരുമ്പോഴാണ് ഉത്തേജിക്കപ്പെട്ട് സന്ദേശങ്ങളെ വൈദ്യുതി സിഗ്നലുകളാക്കി തലച്ചോറിലെത്തിക്കുന്നത്. മൂക്കിനകത്ത് ഏറ്റവും മുകളിലായി സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന ഘ്രാണ റിസപ്റ്റർ കോശങ്ങളിൽ നാനൂറോളം വ്യത്യസ്ഥ റിസപറ്ററുകൾ ഉണ്ട്. ഓരോന്നും ഓരോ തരം മണത്തിനു കാരണമാവുന്ന രാസവസ്തുക്കളുമായി ചേരാൻ കഴിവുള്ളവ. ഇവയുടെ പല ചേരുവകൾ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുമ്പോൾ അത് നമുക്ക് പല തരം മണങ്ങൾ ആയി അനുഭവപ്പെടുന്നു. ഇത്തരം റിസപ്റ്ററുകളെ കീമോറിസപ്റ്ററുകൾ എന്നു വിളിക്കുന്നു. ഇതിനെ സംബന്ധിച്ചുള്ള കണ്ടുപിടുത്തങ്ങൾക്കായിരുന്നു റീച്ചാർഡ് ആക്സൽ, ലിൻഡ ബക്ക്  (Richard Axel and Linda B. Buck) എന്നിവർക്ക് 2004 ലെ നൊബേൽ പുരസ്കാരം ലഭിച്ചത്.

പ്രകാശം കമ്പനം കൊള്ളിക്കുന്ന ഫോട്ടോറിസപ്റ്ററുകളിൽ നിന്നും മണത്തിനും സ്വാദിനും കാരണമാവുന്ന രാസപദാർത്ഥങ്ങളുമായി കൂടിച്ചേരുന്ന കീമോറിസപ്റ്ററുകളിൽ നിന്നും തികച്ചും വ്യത്യസ്ഥമാണ് ബലവും താപവും മറ്റും തിരിച്ചറിയുന്ന മെക്കാനോറിസപ്റ്ററുകൾ. നാം വസ്തുക്കൾ തൊട്ടറിയുന്നതും, വേദന അനുഭവിക്കുന്നതും ചൂടും തണുപ്പും അറിയന്നതുമൊക്കെ തൊലിയിലുള്ള ഇത്തരം റിസപ്റ്ററുകളിലൂടെയാണ്. ഇവ സാധ്യമാക്കുന്ന തന്മാത്രകൾ കണ്ടെത്തുന്നത് എളുപ്പമായിരുന്നില്ല. പല നൂതന സാങ്കേതികവിദ്യകളും അരങ്ങേറിയതോടെയാണ് ഇതു സാധ്യമായത്. 2021 ലെ നൊബേൽ സമ്മാനം ഈ അടിസ്ഥാന കണ്ടെത്തലുകൾക്കാണ്.

മുളകിന്റെ ചൂടും മെന്തോളിന്റെ തണുപ്പും

കഥ തുടങ്ങുന്നത് ഡേവിഡ് ജൂലിയസിൽ നിന്നാണ്. അദ്ദേഹത്തിന്റെ ഗ്രൂപ്പ്, വേദന റിസപ്റ്ററുകൾ പഠിക്കാൻ ഉള്ള ഉദ്ദേശത്തോടെ മുളകിലെ കാപ്സസിൻ (Capsaicin ) എന്ന രാസപദാർത്ഥം ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്ന നാഡികൾ പഠനവിധേയമാക്കി. ഈ നാഡിയുടെ അറ്റത്താണ് റിസപ്റ്ററുകൾ എന്ന ഊഹത്തിൽ നാഡീകോശത്തിൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകൾക്ക് വേണ്ടി കോഡ് ചെയ്യുന്ന mRNA മുഴുവൻ വേർതിരിച്ചെടുത്തു. എന്നിട്ട് അവ റിവേഴ്സ് ട്രാൻസ്ക്റിപ്റ്റേസ് ഉപയോഗിച്ച് cDNA ആക്കി മാറ്റി. എന്നിട്ട് ഓരോ DNA കഷണവും ഓരോന്നായി കാപ്സസിൻ ഉത്തേജിപ്പിക്കാത്ത കോശങ്ങളിലേക്ക് സംവേശിപ്പിച്ച് അവ കാപ്സസിൻ വഴി ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടാനുള്ള കഴിവ് നേടുന്നുണ്ടോ എന്നു നോക്കി.  ഇത്തരത്തിൽ 16000 DNA കഷണങ്ങൾ വെവ്വേറെ പരീക്ഷിച്ചതിൽ ഒന്നേ ഒന്നു മാത്രം കോശത്തിന് കാപ്സസിൻ ഉത്തേജനം സാധ്യമാക്കി. അതായിരിക്കും കാപ്സസിൻ റീസപ്റ്റർ ജീൻ എന്നവർ അനുമാനിച്ചു.

ജീനിന്റെ ഘടന പരിശോധിച്ചതിൽ നിന്ന് അത് കോശസ്തരത്തിൽ ആറുതവണ കയറിയിറങ്ങുന്ന ഒരു ട്രാൻസ്‌മെബ്രെയ്ൻ പ്രോട്ടീൻ ആണെന്നു മനസ്സിലായി. ഘടനാ സമാനതകൾ പരിശോധിച്ചപ്പോൾ TRP (Transient Receptor Potential) കുടുംബത്തിൽ പെട്ട ഒരു കാറ്റയോൺ ചാനൽ പ്രോട്ടീനിനു കോഡ് ചെയ്യുന്ന ജീൻ ആണിതെന്നും മനസ്സിലായി. കാറ്റയോൺ ചാനൽ പ്രോട്ടീൻ ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുമ്പോൾ അവ തുറക്കുകയും പോസിറ്റിവ് ചാർജ് ഉള്ള അയോണുകളെ അകത്തു പ്രവേശിക്കാൻ അനുവദിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇതാണ് അവസാനം വൈദ്യുതി സിഗ്നൽ ആയി മാറി നാഡികളിലൂടെ തലച്ചോറിലെത്തുന്നത്. ഈ പുതിയ പ്രോട്ടീനിന് TRPV1 എന്ന പേരു നൽകി. കൂടുതൽ പഠനങ്ങൾ അവരെ നയിച്ചത് മറ്റൊരു കണ്ടെത്തലിലായിരുന്നു. അതായത്, TRPV1 ഉയർന്ന ചൂടിനാൽ ഉത്തേജിപ്പിക്കപെടുന്നു എന്ന്! താപം മനസ്സിലാക്കാനുള്ള റിസപ്റ്ററുകളിൽ ഒന്നാണിതെന്ന്! മുളക് കഴിക്കുമ്പോൾ എരിവ് മാത്രമല്ല ചൂടും അനുഭവപ്പെടാറില്ലേ. ആ ചൂടാണ് ഈ റിസപ്റ്ററുകളിലൂടെ നാം അറിയുന്നത്. 

മുളകിന്റെ കാപ്സസിൻ ചൂടിന്റെ റിസപ്റ്ററുകൾ കണ്ടെത്താൻ സഹായിച്ചതു പോലെ തണുപ്പിന്റെ റിസ്പ്റ്ററുകൾ കണ്ടെത്താൻ പെപ്പർമിന്റിലൊക്കെയുള്ള മെന്തോൾ ഉപയോഗിച്ചായി അടുത്ത പരീക്ഷണം. ഇത്തവണ ജൂലിയസിന്റെ ലാബിനോടൊപ്പം പാറ്റപുട്യന്റെ ലാബും ചേർന്നു. സ്വതന്ത്രമായി ഇരുകൂട്ടരും നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങൾ ഒരേ ജീനിൽ എത്തിച്ചേർന്നു. TRP കുടുംബത്തിൽ തന്നെയുള്ള ഈ ജീനിന് TRPM8 എന്ന പേരു നൽകി. വേഗം തന്നെ TRP കുടുംബത്തിൽ പെട്ട നിരവധി ജീനുകൾ കണ്ടെത്തപ്പെട്ടു. TRPA, TRPC, TRPM, TRPML, TRPN, TRPP, TRPS, TRPV, TRPVL, TRPY എന്നിങ്ങനെ പല ഉപ-കുടുംബങ്ങളിലായി നിരവധി പ്രോട്ടീനുകൾ. എല്ലാം കോശസ്തരത്തിൽ സ്ഥിതി ചെയ്യുന്ന അയോൺ ചാനലുകൾ. പല താപനിലകളിലും ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുന്നവയായിരുന്നു ഇവ. ചില റിസപ്റ്ററുകൾ ചൂടും തണുപ്പും കൊണ്ടുണ്ടാവുന്ന വേദനയും അറിയിക്കുന്നവയായിരുന്നു.

തൊട്ടറിയുന്ന റിസപ്റ്ററുകൾ 

സ്പർശത്തിലൂടെ നാം ചൂടും തണുപ്പും വേദനയും മാത്രമല്ല അറിയുന്നത്. ഒരു വസ്തുവിനെ തൊട്ടറിയുക എന്നാൽ അത് മിനുസമാണോ പരുത്തതാണൊ മൂർച്ചയുള്ളതാണോ എന്നിങ്ങനെ പല കാര്യങ്ങളും നാം അറിയുന്നു. ഇതൊക്കെ അറിയാനുള്ള റീസപ്റ്ററുകളിൽ മർദ്ദം ഏൽക്കുമ്പോൾ അത് കാരണം മാറ്റങ്ങൾ വന്ന് വൈദ്യുതി സിഗ്നലുകളായി തലച്ചോറിലെത്തിക്കുന്ന സംവിധാനങ്ങൾ ഉണ്ടാവണം. ഇത്തരം റിസപ്റ്ററുകളും താപത്തിന്റേതു പോലുള്ള അയോൺ ചാനലുകൾ ആയിരിക്കാമെന്ന ഊഹം ഇതിനകം ബലപ്പെട്ടിരുന്നു. ബാക്ടീരിയകളിലും പുഴുവിലും മറ്റും ഇത്തരം ചില റിസപ്റ്ററുകൾ മുൻപു തന്നെ കണ്ടെത്തിയിരുന്നു. എന്നാൽ ഇവയുടെ സമാനമായ തന്മാത്രകൾ മനുഷ്യനടക്കമുള്ള കശേരുകികളിൽ കാണാൻ കഴിഞ്ഞിരുന്നില്ല.

പാറ്റപുട്യന്റെ ലബോറട്ടറിയിൽ ഒരു പുതിയ തരം കോശങ്ങളെ വളർത്തിയെടുത്തതു വഴിയാണ് മർദ്ദം മനസ്സിലാക്കുന്ന റിസപ്റ്ററുകൾ കണ്ടെത്താനുള്ള പഠനങ്ങൾക്ക്  തുടക്കം കുറിച്ച്. ലാബിൽ വളർത്താവുന്ന ഈ കോശ പരമ്പരയ്ക്ക് (cell line) Neuro2A എന്നാണ് പേരിട്ടത്. ഈ കോശങ്ങളുടെ സ്തരത്തിൽ ചെരുതായി ബലം പ്രയോഗിച്ചാൽ വൈദ്യുതി തരംഗം ഉണ്ടാവും. പാച്ച് ക്ളാമ്പ് (patch clamp) എന്ന ഉപകരണം വെച്ച് ഇത് അളക്കാൻ കഴിയും.

അടുത്ത പടി ആ കോശങ്ങൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകൾക്ക് വേണ്ടി നില കൊള്ളുന്ന mRNA വേർതിരിച്ചെടുത്ത് പഠിക്കലായിരുന്നു. ഡേവിഡ് ജൂലിയസ് കാപ്സസിൻ റിസപ്റ്റർ കണ്ടെത്താൻ ചെയ്തതു പോലെ മുഴുവൻ mRNA യും പഠിക്കേണ്ട ആവശ്യമുണ്ടായിരുന്നില്ല. കാരണം, ഇപ്പോൾ അവർ നോക്കുന്നത് അയോൺ ചാനൽ പ്രോട്ടീനുകൾ മാത്രമായിരുന്നു. ജൂലിയസ് 16000 വ്യത്യസ്ഥ കഷണങ്ങളാണ് പഠിച്ചതെങ്കിൽ ഇപ്പോഴത് 72 മാത്രമായി ചുരുങ്ങി. കോശസ്തരത്തിൽ അയോൻ ചാനലുകളായും റിസപ്റ്ററുകളായും പ്രവർത്തിക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകൾ ആയിരുന്നു അവയെല്ലാം.

അതിനു ശേഷം അവർ ചെയ്തത് ഓരോ mRNA യുടെയും പ്രവർത്തനം ഒന്നൊന്നായി തടയുന്ന ഇന്റർഫിയറിങ്ങ് ആർ.എൻ.എ (RNAi)യെ പഠിക്കുക എന്നതായിരുന്നു. കോശസ്തരത്തിൽ മർദ്ദം നൽകുമ്പോൾ വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിക്കാനുള്ള കഴിവ് നഷ്ടപ്പെടുന്നുണ്ടോ എന്നാണ് ഓരോ തവണയും നോക്കിയത്. 71 തവണയും ഒരു വ്യത്യാസവുമില്ല. എന്നാൽ അവസാനത്തെ പരീക്ഷണത്തിൽ – എഴുപത്തിരണ്ടാം തവണ – ഫലം കണ്ടു. mRNA യും അതു വഴി പ്രോട്ടീൻ ഉൽപ്പാദനവും തടഞ്ഞപ്പോൾ കോശസ്തരത്തിൽ മർദ്ദം നൽകിയപ്പോൾ വൈദ്യുതി സിഗ്നൽ ഉണ്ടായില്ല. സ്പർശിച്ച് അറിയുന്ന റിസപ്റ്റർ ഇതു തന്നെ!

പുതിയ പ്രോട്ടീനിന് PIEZO1 എന്ന് പേരിട്ടു. ‘മർദ്ദം’ എന്നർത്ഥം വരുന്ന ഗ്രീക്ക് വാക്കിൽ നിന്നാണ് പേര് നിർദേശിച്ചത്. കോശസ്തരത്തിൽ നിരവധി തവണ കയറിയിറങ്ങുന്ന, വലിയ വലുപ്പമുള്ള അയോൺ ചാനൽ പ്രോട്ടീൻ ആണിത്. കോശസ്തരത്തിൽ മർദ്ദം നൽകുമ്പോൾ ചാനൽ തുറന്ന് അയോണുകൾ അകത്തോട്ട് പ്രവഹിക്കുകയും അത് വൈദ്യുതി സിഗ്നൽ ആയി നാഡികളിലൂടെ തലച്ചോറിലെത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. PIEZO1 കണ്ടെത്തിയതിനു ശേഷം തന്മാത്രാ സമാനതകൾ വെച്ച് PIEZO2 എന്നൊരു ജീനും പ്രോട്ടീനും കൂടി കണ്ടെത്തി. മൃദുസ്പർശം അറിയുന്നത് ഈ റിസപ്റ്ററുകളിലൂടെയാണെന്ന് പുതിയ പഠനങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.

മർദ്ദം അറിയുന്ന റിസപ്റ്ററർ ചാനലുകൾ ത്വക്കിൽ മാത്രമല്ല ഉള്ളത്. ശരീരത്തിലെ പല കോശങ്ങളിലും കോശസ്തരത്തിലുള്ള മർദ്ദം മാറ്റങ്ങൾ വരുത്തുന്നു. ചുവന്ന രക്താണുക്കൾ മുതൽ ഭ്രൂണകോശങ്ങളിൽ വരെ ഇവയുടെ സാന്നിദ്ധ്യം കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. പുതിയ പ്രോട്ടീനുകൾ കണ്ടെത്താനും, കണ്ടെത്തിയവ ഏതെല്ലാം കോശങ്ങളിൽ എങ്ങനെയെല്ലാം പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്നുമൊക്കെയുള്ള പഠനങ്ങൾ പലയിടങ്ങളിലായി പല രീതിയിൽ പുരോഗമിക്കുന്നു. ഡേവിഡ് ജൂലിയനും ആർഡെം പാറ്റപുട്യനും അവരുടെ സഹപ്രവർത്തകരും കണ്ടെത്തിയ പ്രധാന കാര്യം കോശസ്തരത്തിലെ അയോൺ ചാനലുകൾ താപവും വേദനയും മറ്റു സ്പർശങ്ങളും അറിയാൻ സഹായിക്കുന്ന റിസപ്റ്ററുകളായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്നതാണ്. പല വഴികളിലുള്ള പുതിയ അന്വേഷണങ്ങൾക്ക് ഇവരുടെ കണ്ടുപിടുത്തങ്ങൾ വഴിയൊരുക്കി. സയൻസ് ഒരു തുടർക്കഥയാണ്. 

മറ്റു ലേഖനങ്ങൾ

Happy

0 0 %

Sad

0 0 %

Excited

0 0 %

Sleepy

0 0 %

Angry

0 0 %

Surprise

0 0 %