അകത്തെ ഘടികാരങ്ങളുടെ രഹസ്യംതേടി

[author title=”ഡോ. ബാലകൃഷ്ണന്‍ ചെറൂപ്പ” image=”http://luca.co.in/wp-content/uploads/2016/10/PBN-1.jpg”]റിട്ടയേഡ് പ്രിന്‍സിപ്പാള്‍, കല്പറ്റ ഗവ. കോളേജ്. [/author] [dropcap]ജീ[/dropcap]വന്‍ ഉത്ഭവിച്ച കാലത്തും ഭൂമി ഇന്നത്തെപ്പോലെ സ്വയം കറങ്ങുകയും വര്‍ഷത്തിലൊരിക്കല്‍ സൂര്യനെ ചുറ്റുകയും ചെയ്തിരുന്നു. പകലും രാത്രിയും മാറിവരികയും താപനില മാറുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു താളക്രമത്തിന്റെ പശ്ചാത്തലത്തിലാണ് ജീവപരിണാമത്തിന്റെ 300 കോടിയിലധികം വര്‍ഷങ്ങള്‍ കടന്നുപോന്നതും ജീവലോകം ഇന്നത്തെ വൈവിധ്യം കൈവരിച്ചതും. എല്ലാ ജീവികളിലും 24 മണിക്കൂര്‍ കാലയളവില്‍ പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്ന ഒരു ആന്തരിക ഘടികാരം പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നു. ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ ദൈനിക താളം (circadian rhythm) എന്ന്  വിളിക്കുന്ന ഈ പ്രതിഭാസത്തെപ്പറ്റി വളരെക്കാലമായി അറിവുണ്ടായിരുന്നുവെങ്കിലും   അതിന്റെ ശാസ്ത്രം ഏറെക്കുറെ അജ്ഞാതമായിരുന്നു. ഈ ദൈനികതാളത്തിന്റെ ജനിതകപരവും തന്മാത്രാപരവുമായ അടിസ്ഥാനങ്ങള്‍ കണ്ടെത്തിയതിനാണ് ഈ വര്‍ഷത്തെ വൈദ്യശാസ്ത്രനൊബേല്‍ സമ്മാനം അമേരിക്കന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞരായ ജെഫ്രി സി ഹാള്‍, മൈക്കല്‍ റോസ്ബാഷ്, മൈക്കല്‍ ഡബ്ല്യൂ യങ്ങ് എന്നിവരെ തേടിയെത്തിയത് .

 

നമ്മുടെ 24 മണിക്കൂര്‍ ചക്രത്തിലെ പ്രധാന ഘട്ടങ്ങള്‍ ഉറക്കവും ഉണര്‍ന്നിരിക്കുന്ന അവസ്ഥയുമാണ്. എന്നാല്‍ ശരീരതാപനില, രക്തസമ്മര്‍ദ്ദം, രക്തത്തിലെ പഞ്ചസാരയുടെ അളവ്, വിവിധ ഹോര്‍മോണുകളുടെ അളവ് എന്നിവയില്‍ പലതരം മാറ്റങ്ങള്‍ സംഭവിക്കുന്നുണ്ട്. രാത്രി ഇരതേടുന്ന ജന്തുക്കളില്‍ ഘടികാരം മറ്റൊരു പാറ്റേണിലാണ് പ്രവര്‍ത്തിക്കുക. താണതരം ജന്തുക്കളിലും സസ്യങ്ങളിലുമൊക്കെ പ്രവര്‍ത്തന രീതികള്‍ക്ക് വലിയ വ്യത്യാസം കാണും. മാത്രമല്ല ഓരോ ഭൂമിശാസ്ത്ര മേഖലക്കനുസരിച്ചും സീസണുകള്‍ക്കനുസരിച്ചും ദൈനിക താളങ്ങള്‍ ക്രമീകരിക്കപ്പെടുന്നു. വിദേശയാത്രയിലും മറ്റും. ഒരു സമയമേഖല (time zone)ല്‍ നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് മാറുമ്പോള്‍ സംഭവിക്കുന്ന ‘ജെറ്റ്‌ലാഗി’ന് കാരണം ദൈനിക താളത്തില്‍ വരുന്ന മാറ്റമാണ്. കുറച്ച് സമയമെടുത്ത് ക്ലോക്ക് പുതിയ സ്ഥലത്തിനനുസരിച്ച് മാറ്റിയെടുത്താണ് ശരീരം ഈ അവസ്ഥയെ നേരിടുന്നത് .

ചെടികളില്‍

ജൈവഘടികാരത്തെപ്പറ്റി ആദ്യ നിരീക്ഷണം 1729ല്‍ ഒരു ഫ്രഞ്ച് വാനശാസ്ത്രജ്ഞര്‍ നടത്തിയതാണ് . മൈമോസ എന്ന സസ്യത്തിന്റെ ഇലകള്‍ ഇരുട്ടാകുമ്പോള്‍ കൂമ്പിപ്പോകുന്നതും രാവിലെ വീണ്ടും വിടരുന്നതും നിരീക്ഷിച്ച അദ്ദേഹം ഏതാനും ചെടികളെ സ്ഥിരമായി ഇരുട്ടുമുറിയില്‍ വെച്ച് നിരീക്ഷണം നടത്തി. ഇരുട്ടിലും ഈ വിടരല്‍/കൂമ്പല്‍ പ്രക്രിയകള്‍ അതേപോലെ ആവര്‍ത്തിക്കുന്നതായി അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി.

ജീനുകള്‍ കണ്ടെത്തുന്നു

പാരമ്പര്യശാസ്ത്രത്തിന്റെ വളര്‍ച്ചയില്‍ വഴിത്തിരിവുകളായ പല കണ്ടെത്തലുകളും നടത്തിയത് ഡ്രോസോഫൈല എന്ന പ്രാണിയെ ഉപയോഗിച്ചാണ്. 1971ല്‍ സെയ്‌മോര്‍ ബെന്‍സര്‍, റൊണാള്‍ഡ് കോണോപ്കാ എന്നീ ശാസ്ത്രജ്ഞര്‍, ദൈനിക താളത്തെ മാറ്റുന്ന ചില മ്യൂട്ടേഷനുകള്‍ ഈ പ്രാണിയില്‍ കണ്ടെത്തി. തുടര്‍ന്നു നടത്തിയ പരീക്ഷണങ്ങളില്‍ x ക്രോമസോമില്‍ ഉള്ള ഒരു ജീനിന്റെ മ്യൂട്ടേഷനാണ് ഇതിനടിസ്ഥാനമെന്ന് വ്യക്തമായി. ഈ ജീനിനെ പിരിയേഡ് (Period) എന്നവര്‍ നാമകരണം ചെയ്തു..
ഈ പിരിയഡ് ജീനിനെപ്പറ്റി കൂടുതല്‍ പഠനം നടത്തിക്കൊണ്ടായിരുന്നു നൊബേല്‍ സമ്മാനിതരായ ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ തുടക്കം 1984ല്‍ പിരിയഡ് ജീനിനെ അവര്‍ വേര്‍തിരിച്ചെടുത്തു. അതുണ്ടാക്കുന്ന PER എന്ന പ്രോട്ടീനിന്റെ തന്മാത്രാഘടനയും കണ്ടെത്തി. പ്രാണികളുടെ തലച്ചോറിലെ നാഡീകോശങ്ങളില്‍ രാത്രിയില്‍ PER പ്രോട്ടീന്‍ കൂടുന്നുവെന്നും പകല്‍ ഇത് വിഘടിക്കപ്പെട്ട് നശിക്കുന്നെന്നും ജെഫ്രി ഹാളും റോസ് ബാഷും മനസ്സിലാക്കി. ഇതിന് വിശദീകരണമായി അവര്‍ ഒരു പരികല്‍പ്പനയും മുന്നോട്ടുവെച്ചു. PER പ്രോട്ടീന്‍ കോശത്തിലുണ്ടായാല്‍ അത് PER ജീനിനെ ഫീഡ്ബാക്ക് വഴി പ്രവര്‍ത്തരഹിതമാക്കുമെന്നായിരുന്നു ഇവരുടെ വിശദീകരണം. വിവിധ ശരീരപ്രവര്‍ത്തനങ്ങളും ഹോര്‍മോണ്‍ അളവുകളും ഈ രീതിയില്‍ നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നുണ്ട് എന്ന മുന്നറിവിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിലായിരുന്നു ഈ നിഗമനം. ഇതിലെ ഒരു പ്രധാന പ്രശ്‌നം പ്രോട്ടീന്‍ നിര്‍മിക്കപ്പെടുന്നത് കോശത്തിലെ സൈറോപ്ലാസം ഭാഗത്തും ജീന്‍ സ്ഥിതിചെയ്യുന്നത് ന്യൂക്ലിയസ് ഭാഗത്തും ആണെന്നതായിരുന്നു. രണ്ടും തമ്മില്‍ മര്‍മസ്തരം (nuclear membrane) വേര്‍തിരിച്ചു നിര്‍ത്തുന്നുണ്ട്. രാത്രിയില്‍ ഈ പ്രോട്ടീന്‍ എങ്ങനെ ന്യൂക്ലിയസ്സിലെത്തുന്നു എന്നതിന് ഉത്തരം കണ്ടെത്തിയത് മൈക്കല്‍ യങ്ങ് ആണ്. ടൈംലെസ് (Timeless) എന്ന രണ്ടാമതൊരു ജീനും ഇതുണ്ടാക്കുന്ന ‘Tim’ എന്ന പ്രോട്ടീനും അദ്ദേഹം വേര്‍തിരിച്ചെടുത്തു. PER എന്ന പ്രോട്ടീനും TIM പ്രോട്ടീനും ചേരുമ്പോള്‍ ന്യൂക്ലിയസ്സില്‍ പ്രവേശിക്കാനുള്ള ശേഷി നേടുമെന്നും പിരിയഡ് ജീനിനെ താല്‍ക്കാലികമായി പ്രവര്‍ത്തനരഹിതമാക്കുമെന്നും അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി. ഈ ചാക്രിക പ്രവര്‍ത്തനത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന ഡബിള്‍ ടൈം (Double Time) എന്ന മൂന്നാമതൊരു ജീനും യങ് കണ്ടെത്തി. ഇതുണ്ടാക്കുന്ന DBTപ്രോട്ടീന്‍ PERപ്രോട്ടീന്‍ ശേഖരിക്കപ്പെടുന്നത് പതുക്കെയാക്കുന്നു. ഇങ്ങനെ ജീന്‍ പ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ ദൈനിക ക്ലോക്കിനെ നിയന്ത്രിക്കുന്നു എന്നതാണ് ഈ ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ പ്രധാന കണ്ടെത്തൽ.

ടി ടി എഫ് എല്‍.

ഇത്തരം ഫീഡ്ബാക്ക് നിയന്ത്രണങ്ങളെ TTFL എന്നാണ് പറയുക. Transcription Translation Feedback Loop   എന്നതിന്റെ ചുരുക്കമാണിത്. ജീന്‍ പ്രവര്‍ത്തനത്തില്‍ ആദ്യം ജീനിനെ സന്ദേശം ആര്‍.എന്‍.എ. (mRNA) ആയി കോപ്പിചെയ്യുന്നതിനെ ട്രാന്‍സ്‌ക്രിപ്ഷന്‍ എന്നാണ് പറയുക. പിന്നീട് ഈ  mRNA സൈറ്റോപ്ലാസത്തിലെത്തി ജനിതക കോഡിനനുസരിച്ച് അമിനോ അമ്ലങ്ങള്‍ കൂട്ടിച്ചേര്‍ത്ത് പ്രോട്ടീനുകള്‍ നിര്‍മിക്കുന്നു. ഈ പ്രക്രിയയെ ട്രാന്‍സലേഷന്‍ എന്ന് പറയുന്നു. ഉല്‍പ്പന്നമായുണ്ടാവുന്ന പ്രോട്ടീന്‍ അതുണ്ടാക്കുന്ന ജീനിനെ നിയന്ത്രിക്കുന്നതാണ് TTFL എന്ന് പറയാം.
പൊതുവെ പറഞ്ഞാല്‍ TTFL പ്രവര്‍ത്തനം വഴി ഏതാനും ജീനുകളാണ് ജൈവഘടികാരത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്നത്. ഇതില്‍ മറ്റനേകം പ്രക്രിയകളും ഉള്‍പ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. പ്രോട്ടീന്‍ ഫോസ്‌ഫോറിലേഷന്‍ ഇത്തരം ഒരു മാറ്റമാണ്. പ്രകാശത്തിനും ഇതില്‍ പങ്കുണ്ട്. CRYഎന്ന ജീനുണ്ടാക്കുന്ന പ്രോട്ടീന്‍ പ്രകാശത്തിന്റെ സാന്നിധ്യത്തില്‍ TIM ജീനുമായി ചേര്‍ന്ന് അതിനെ നിര്‍വീര്യമാക്കുന്നു എന്നും വ്യക്തമായിട്ടുണ്ട്. എലികളില്‍ CLK, CYC എന്നീ ജീനുകളും ദൈനികതാളത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്നതായി കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്

സസ്തനികളിലും മനുഷ്യരിലും

TTFL  മെക്കാനിസം എല്ലാ ജീവികളിലും പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നതായി പഠനങ്ങള്‍ കണ്ടെത്തി. CLK., PER എന്നീ പ്രോട്ടീനുകള്‍ക്ക് സമാനമായ ഘടകങ്ങള്‍ സസ്തനികളിലും മനുഷ്യരിലും പ്രവര്‍ത്തിക്കുന്നുണ്ട്. സസ്യങ്ങളില്‍ പ്രോട്ടീനുകള്‍ തികച്ചും വ്യത്യസ്തമാണ്. സയനോബാക്റ്റീരിയങ്ങളില്‍ TTFL ന് ദൈനിക താളത്തില്‍ വലിയ പങ്കില്ല. ഇവിടെ ഫോസ്‌ഫോറിലേഷനാണ് താളത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്നത്.
സസ്തനികളിലും മനുഷ്യരിലും ഹൈപ്പോതലാമസ് ആണ് ജൈവതാളത്തിന്റെ നിയന്ത്രണകേന്ദ്രം. പ്രകാശം റെറ്റിന വഴി ഇവിടെ എത്തുന്നു. നാഡിവ്യൂഹവും കോശങ്ങളും നിയന്ത്രണത്തില്‍ പങ്കെടുക്കുന്നുണ്ട്. താപനില, രക്തത്തിലെ ഗ്ലൂക്കോസ് ലവല്‍ എന്നിവയും ക്ലോക്കിനെ സ്വാധീനിക്കുന്നുണ്ടു്.

ആരോഗ്യവും ദൈനികതാളവും

മനുഷ്യരില്‍ ദൈനികതാളത്തിലുള്ള തകരാറുകള്‍ ആരോഗ്യത്തെ കാര്യമായി ബാധിക്കുന്നതായി കണ്ടിട്ടുണ്ട്. ഉറക്കം സംബന്ധമായ പ്രശ്‌നങ്ങള്‍, ബൈപോളാര്‍ തകരാറുകള്‍, ഓര്‍മശക്തി തകരാറുകള്‍ എന്നിവയ്ക്ക് ദൈനികതാളത്തിലുള്ള പൊരുത്തക്കേടുകള്‍ കാരണമാവുന്നു. ജീവിതശൈലിയും ആന്തരിക ക്ലോക്കും തമ്മിലുള്ള വൈരുദ്ധ്യം ഉപാപചയ സംബന്ധമായ പ്രശ്‌നങ്ങള്‍ക്കും വഴിവെയ്ക്കും. ആന്തരികക്ലോക്കിന്റെ പ്രവര്‍ത്തനങ്ങളുടെ ജനിതക, തന്മാത്രാപരമായ അറിവുകള്‍ ഇത്തരം രോഗാവസ്ഥകളെ നേരിടാന്‍ പുതിയ വഴികള്‍ കണ്ടെത്താന്‍ സഹായിക്കും എന്ന് ശാസ്ത്രലോകം പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.