फिजियोलॉजी या मेडिसिन में 2024 का नोबेल पुरस्कार विक्टर एम्ब्रोस और गैरी रुवकुन को माइक्रोआरएनए की खोज और पोस्ट-ट्रांसक्रिप्शनल जीन विनियमन में इसकी भूमिका के लिए दिया गया है।

इस वर्ष का नोबेल पुरस्कार दो वैज्ञानिकों को जीन(Gene) गतिविधि को विनियमित(Regulate) करने के तरीके को नियंत्रित करने वाले एक मौलिक सिद्धांत की खोज के लिए सम्मानित करता है।

हमारे गुणसूत्रों में संग्रहीत जानकारी की तुलना हमारे शरीर की सभी कोशिकाओं के लिए एक निर्देश पुस्तिका से की जा सकती है। ये निर्देश पुस्तिका कोशिका को निर्देश देती है कि उसकी संरचना कैसी हो, उसे क्या कार्य करना चाहिए, इत्यादी। प्रत्येक कोशिका में एक जैसे गुणसूत्र होते हैं, इसलिए प्रत्येक कोशिका में जीन का बिल्कुल समान सेट और उस कोशिका की कार्य प्रणाली के लिए निर्देशों का बिल्कुल समान सेट होता है। फिर भी, विभिन्न प्रकार कीकोशिका जैसे कि मांसपेशी और तंत्रिका कोशिकाओं की संरचना और कार्यप्रणाली एक दूसरे से भिन्न होती है।। इन कोशिकाओं की संरचना और कार्यप्रणाली में ये अंतर कैसे उत्पन्न होते हैं?

इसका उत्तर जीन द्वारा कोशिका कार्य के विनियमन (रेगुलेशन)/जीन विनियमन में निहित है, जो प्रत्येक कोशिका को केवल केवल उसके प्रकार से संबधित निर्देशों निर्देशों का चयन करने की अनुमति देता है। यह सुनिश्चित करता है कि प्रत्येक कोशिका प्रकार में केवल जीन का सही सेट सक्रिय हो। सरल शब्दों में जीन विनियमन तय करता है कि मांसपेशी संबधित कोशिका , मांशपेशी की संरचना और कार्य संबधित निर्देशों को की चुन कर सक्रीय करे!

विक्टर एम्ब्रोस और गैरी रुवकुन इस बात में रुचि रखते थे कि विभिन्न कोशिका प्रकार कैसे विकसित होते हैं। उन्होंने माइक्रोआरएनए(microRNA) की खोज की, जो छोटे आरएनए(RNA) अणुओं का एक नया वर्ग है जो जीन विनियमन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उनकी अभूतपूर्व खोज ने जीन विनियमन के एक बिल्कुल नए सिद्धांत खोजा जो मनुष्यों सहित समस्त बहुकोशीय जीव की संरचना और जीवन के लिए आवश्यक है!। अब यह ज्ञात है कि मानव जीनोम में एक हज़ार से अधिक माइक्रोआरएनए (microRNA)के लिए निर्देश है। उनकी आश्चर्यजनक खोज ने जीन विनियमन के एक बिल्कुल नए आयाम का खुलासा किया। जीवों के विकास और कार्यप्रणाली के लिए माइक्रोआरएनए (microRNA) मूल रूप से महत्वपूर्ण साबित हो रहे हैं।

आवश्यक विनियमन (Essential regulation)

इस वर्ष का नोबेल पुरस्कार जीन गतिविधि को नियंत्रित करने के लिए कोशिकाओं में उपयोग किए जाने वाले एक महत्वपूर्ण विनियामक तंत्र की खोज पर केंद्रित है। आनुवंशिक जानकारी डीएनए से सन्देश वाहक आरएनए (messanger RNA/mRNA) में जाती है। जिसे प्रतिलेखन(transcription) कहा जाता है, और फिर प्रोटीन उत्पादन के लिए यहाँ जानकारी कोशिका प्रोटीन निर्मित करने वाले अंगो को दी जाती है। वहां, mRNA का अनुवाद किया जाता है ताकि ये प्रोटीन डीएनए में संग्रहीत आनुवंशिक निर्देशों के अनुसार बनाए जाएं। 20वीं सदी के मध्य से, कई सबसे मौलिक वैज्ञानिक खोजों ने समझाया है कि ये प्रक्रियाएँ कैसे काम करती हैं।

हमारे अंगों और ऊतकों में कई अलग-अलग कोशिका प्रकार होते हैं, जिनमें से सभी के डीएनए में समान आनुवंशिक जानकारी संग्रहीत होती है। हालाँकि, के अलग अलग प्रकार से बनती है ? एक समान निर्देशों के बावजूद प्रोटीनों का निर्माण अंगो के अनुसार भिन्न रूप से होता है।। यह कैसे संभव है?

इसका उत्तर जीन गतिविधि के सटीक विनियमन में निहित है ताकि प्रत्येक विशिष्ट कोशिका प्रकार में केवल जीन का वही सेट सक्रिय हो जो उस कोशिका से निर्मित अंग के लिए आवश्यक हो। यह, उदाहरण के लिए, इसी के अनुसार ये मांसपेशियों की कोशिकाओं, आंतों की कोशिकाओं और विभिन्न प्रकार की तंत्रिका कोशिकाओं को उनके विशिष्ट कार्यों को करने से संबधित निर्देशों का चयन करता है;और केवल उसी अंग संबधित कार्य में सक्षम बनाता है। इसके अलावा, हमारे शरीर और पर्यावरण में बदलती परिस्थितियों के लिए सेलुलर कार्यों को अनुकूलित करने के लिए जीन गतिविधि को लगातार ठीक किया जाना चाहिए। यदि जीन विनियमन (regulation) गड़बड़ा जाता है, तो यह कैंसर, मधुमेह या ऑटोइम्यूनिटी जैसी गंभीर बीमारियों का कारण बन सकता है। इसलिए, जीन गतिविधि के विनियमन को समझना कई दशकों से एक महत्वपूर्ण लक्ष्य रहा है।

1960 के दशक में, यह दिखाया गया था कि , ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर नाम के विशेष प्रोटीन डीएनए से जुड़कर उन्हें विशिष्ट प्रकार के mRNA के निर्माण के लिए प्रेरित कर सकते है, इस तरह से वे आनुवंशिक जानकारी के प्रवाह को नियंत्रित कर सकते हैं। तब से, हजारों ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर की पहचान की गई है, और लंबे समय तक यह माना जाता था कि जीन विनियमन के मुख्य सिद्धांतों को हल कर लिया गया है। हालाँकि, 1993 में, इस वर्ष के नोबेल पुरस्कार विजेताओं ने जीन विनियमन के एक नए स्तर का वर्णन करते हुए अप्रत्याशित निष्कर्ष प्रकाशित किए, जो पूरे विकास में अत्यधिक महत्वपूर्ण और संरक्षित निकला।

एक छोटे से कीड़े(worm) पर शोध से बड़ी सफलता मिली

1980 के दशक के उत्तरार्ध में, विक्टर एम्ब्रोस और गैरी रुवकुन रॉबर्ट होर्विट्ज़ की प्रयोगशाला में पोस्टडॉक्टरल फेलो थे। रॉबर्ट होर्विट्ज़ को सिडनी ब्रेनर और जॉन सुल्स्टन के साथ 2002 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। होर्विट्ज़ की प्रयोगशाला में, उन्होंने अपेक्षाकृत मामूली 1 मिमी लंबे गोल कृमि, सी. एलिगेंस(C. elegans) का अध्ययन किया। सी. एलिगेंस छोटा जीव है लेकिन इसमें भी अन्य विशाल जटिल जीवो (मनुष्य/प्राणीयो)की तरह कई प्रकार की कोशिकाये होती है ,जैसे मांसपेशी , तंत्रिका कोशिकाएं।, जिससे यह बहुकोशिकीय जीवों में ऊतकों के विकास और परिपक्वता की जांच करने के लिए एक उपयोगी मॉडल बन जाता है। एम्ब्रोस और रुवकुन उन जीनों में रुचि रखते थे जो विभिन्न आनुवंशिक कार्यक्रमों के सक्रियण के समय को नियंत्रित करते हैं, जीससे विभिन्न कोशिका प्रकार सही समय पर विकसित होते हैं। उन्होंने कृमियों के दो प्रकार, लिन-4 और लिन-14 का अध्ययन किया, जिनके विकास के दौरान आनुवंशिक कार्यक्रमों के सक्रियण के समय में परिवर्तन आ गया था। पुरस्कार विजेता इस परिवर्तन से उत्परिवर्तित जीनों की पहचान करना और उनके कार्य को समझना चाहते थे। एम्ब्रोस ने पहले दिखाया था कि लिन-4 जीन लिन-14 जीन की कार्यप्रणाली को अवरुद्ध करने वाला विनियामक प्रतीत होता है। हालाँकि, वो नहीं जानते थे कि किस तरह से लिन-14 गतिविधि को अवरुद्ध किया गया था। एम्ब्रोस और रुवकुन इन म्यूटेंट्स और उनके मध्य के संभावित संबंधों से चकित थे और इन रहस्यों को सुलझाने के लिए जुट गए।

अपने पोस्टडॉक्टरल शोध के बाद, विक्टर एम्ब्रोस ने हार्वर्ड विश्वविद्यालय में अपनी नई स्थापित प्रयोगशाला में लिन-4 उत्परिवर्ती का विश्लेषण किया। विधिवत मानचित्रण ने जीन की क्लोनिंग की अनुमति दी और एक अप्रत्याशित खोज की ओर अग्रसर हुए। लिन-4 जीन ने एक असामान्य रूप से छोटा आरएनए अणु उत्पन्न किया जिसमें प्रोटीन उत्पादन के लिए निर्देश की कमी थी। इन आश्चर्यजनक परिणामों ने सुझाव दिया कि लिन-4 से उत्पन्न mRNA लिन-14 के कार्य को अवरुद्ध करने के लिए जिम्मेदार था। यह कैसे काम कर सकता है?

समवर्ती रूप से, गैरी रुवकुन ने मैसाचुसेट्स जनरल अस्पताल और हार्वर्ड मेडिकल स्कूल में अपनी नई स्थापित प्रयोगशाला में लिन-14 जीन के विनियमन की जांच की। उस समय जीन विनियमन कैसे काम करता है, इसके विपरीत, रुवकुन ने दिखाया कि लिन-4 द्वारा लिन-14 में mRNA का उत्पादन बाधित नहीं होता है। बाद के चरण में प्रोटीन उत्पादन के बंद होने से लिन-14 में प्रोटीन निर्माण में अवरोध होता है। प्रयोगों ने लिन-14 mRNA में लिन-4 द्वारा प्रक्रिया रोकने के लिए सहायक एक खंड का भी पता लगाया जो था। दोनों पुरस्कार विजेताओं ने अपने निष्कर्षों की तुलना की, जिसके परिणामस्वरूप एक महत्वपूर्ण खोज हुई। लघु लिन-4 अनुक्रम लिन-14 mRNA के महत्वपूर्ण खंड में पूरक अनुक्रमों से मेल खाता था। एम्ब्रोस और रुवकुन ने आगे के प्रयोग करके दिखाया कि लिन-4 mRNA लिन-14 के mRNA में पूरक अनुक्रमों से बंध कर लिन-14 को बंद कर देता है, जिससे लिन-14 प्रोटीन का उत्पादन अवरुद्ध हो जाता है। जीन विनियमन का एक नया सिद्धांत खोजा गया था ,जो एक नए तरह के mRNA द्वारा संचालित है!परिणाम 1993 में सेल पत्रिका में दो लेखों में प्रकाशित हुए थे।

प्रकाशित परिणामों को शुरू में वैज्ञानिक समुदाय ने उपेक्षित किया। हालाँकि परिणाम दिलचस्प थे, अब तक जीन विनियमन के असामान्य तंत्र को सी. एलिगेंस की एक ख़ासियत माना जाता था, जो संभवतः मनुष्यों और अन्य अधिक जटिल जानवरों के लिए अप्रासंगिक था। यह धारणा 2000 में बदल गई जब रुवकुन के शोध समूह ने लेट-7 जीन द्वारा एन्कोड किए गए एक और mRNA की अपनी खोज प्रकाशित की। लिन-4 के विपरीत, लेट-7 जीन अत्यधिक संरक्षित था और पूरे पशु साम्राज्य में मौजूद था। इस लेख ने बहुत रुचि जगाई और अगले कुछ वर्षों में सैकड़ों अलग-अलग mRNA की पहचान की गई। आज, हम जानते हैं कि मनुष्यों में विभिन्न mRNA के लिए एक हज़ार से ज़्यादा जीन हैं और mRNA द्वारा जीन विनियमन बहुकोशिकीय जीवों में सार्वभौमिक है।

नए माइक्रोआरएनए की मैपिंग के अलावा, कई शोध समूहों द्वारा किए गए प्रयोगों ने इस बात की प्रक्रिया को स्पष्ट किया कि कैसे mRNA का उत्पादन किया जाता है और विनियमित mRNA में पूरक लक्ष्य अनुक्रमों तक पहुंचाया जाता है। mRNA के बंधन से प्रोटीन संश्लेषण में अवरोध उत्पन्न होता है या mRNA का क्षरण होता है। दिलचस्प बात यह है कि एक एकल mRNA कई अलग-अलग जीनों की अभिव्यक्ति को विनियमित कर सकता है, और इसके विपरीत, एक एकल जीन को कई mRNA द्वारा विनियमित किया जा सकता है, जिससे जीन के पूरे नेटवर्क का समन्वय और फ़ाइन-ट्यूनिंग हो सकता है।

कार्यात्मक mRNA के उत्पादन के लिए सेलुलर मशीनरी का उपयोग पौधों और जानवरों दोनों में अन्य छोटे आरएनए अणुओं के उत्पादन के लिए भी किया जाता है, उदाहरण के लिए वायरस के संक्रमण से पौधों की रक्षा करने के साधन के रूप में। 2006 में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित एंड्रयू जेड फायर और क्रेग सी मेलो ने RNA हस्तक्षेप की व्याख्या की थी, जहां कोशिकाओं में डबल-स्ट्रैंडेड RNA जोड़कर विशिष्ट mRNA-अणुओं को निष्क्रिय किया जाता है।

अत्याधिक महत्व वाले छोटे आरएनए

mRNAद्वारा जीन विनियमन, जिसे पहली बार एम्ब्रोस और रुवकुन ने खोजा था, करोड़ों वर्षों से काम कर रहा है। इस तंत्र ने तेजी से जटिल जीवों के विकास को सक्षम किया है। हम आनुवंशिक शोध से जानते हैं कि कोशिकाएँ और ऊतक mRNA के बिना सामान्य रूप से विकसित नहीं होते हैं। mRNA द्वारा असामान्य विनियमन कैंसर में योगदान कर सकता है, और मनुष्यों में mRNA के लिए कोडिंग करने वाले जीन में उत्परिवर्तन पाए गए हैं, जिससे जन्मजात श्रवण हानि, आंख और कंकाल संबंधी विकार जैसी स्थितियाँ पैदा होती हैं। mRNAउत्पादन के लिए आवश्यक प्रोटीन में से एक में उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप DICER1 सिंड्रोम होता है, जो विभिन्न अंगों और ऊतकों में कैंसर से जुड़ा एक दुर्लभ लेकिन गंभीर सिंड्रोम है।

छोटे कृमि सी. एलिगेंस में एम्ब्रोस और रुवकुन की मौलिक खोज अप्रत्याशित थी, और इसने जीन विनियमन के लिए एक नया आयाम प्रकट किया, जो सभी जटिल जीवन रूपों के लिए आवश्यक है।

विजेताओं के बारे में

विक्टर एम्ब्रोस

विक्टर एम्ब्रोस का जन्म 1953 में हनोवर, न्यू हैम्पशायर, यूएसए में हुआ था। उन्होंने 1979 में मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (MIT), कैम्ब्रिज, MA से पीएचडी की उपाधि प्राप्त की, जहाँ उन्होंने 1979-1985 तक पोस्टडॉक्टरल शोध भी किया। वे 1985 में हार्वर्ड यूनिवर्सिटी, कैम्ब्रिज, MA में प्रिंसिपल इन्वेस्टिगेटर बने। वे 1992-2007 तक डार्टमाउथ मेडिकल स्कूल में प्रोफेसर थे और अब वे यूनिवर्सिटी ऑफ मैसाचुसेट्स मेडिकल स्कूल, वॉर्सेस्टर, MA में नेचुरल साइंस के सिल्वरमैन प्रोफेसर हैं।

गैरी रुवकुन

गैरी रुवकुन का जन्म 1952 में बर्कले, कैलिफ़ोर्निया, यूएसए में हुआ था। उन्होंने 1982 में हार्वर्ड यूनिवर्सिटी से पीएचडी की उपाधि प्राप्त की। वे मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (MIT), कैम्ब्रिज, MA में 1982-1985 में पोस्टडॉक्टरल फेलो थे। वे 1985 में मैसाचुसेट्स जनरल हॉस्पिटल और हार्वर्ड मेडिकल स्कूल में प्रिंसिपल इन्वेस्टिगेटर बने, जहाँ वे अब जेनेटिक्स के प्रोफेसर हैं।

क्या आप जानते हैं?

• 1901 से अब तक चिकित्सा नोबेल (फिजियोलॉजी या मेडिसिन) में 114 नोबेल पुरस्कार प्रदान किए जा चुके हैं।
• अब तक 12 महिलाओं को चिकित्सा नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया जा चुका है।
• अब तक के सबसे कम उम्र के चिकित्सा नोबेल पुरस्कार विजेता फ्रेडरिक जी बैंटिंग की उम्र 32 वर्ष थी, जिन्हें इंसुलिन की खोज के लिए 1923 में चिकित्सा नोबेलपुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
• अब तक के सबसे उम्रदराज़ चिकित्सा नोबेल पुरस्कार विजेता पीटन राउज़ की उम्र 87 वर्ष थी, जब उन्हें ट्यूमर-उत्प्रेरण वायरस की खोज के लिए 1966 में चिकित्सा नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
• पिता और पुत्र सुने बर्गस्ट्रॉम और स्वांते पाबो में से प्रत्येक को चिकित्सा नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया है। स्वंते पाबो को उनके पिता के 40 साल बाद यह पुरस्कार दिया गया।

नोबेल पुरस्कार विजेताओं का चयन कौन करता है?

अल्फ्रेड नोबेल ने अपनी अंतिम वसीयत में नोबेल पुरस्कार देने के लिए निर्णय लेनेवालों संस्थानों को नामित किया था।

• भौतिकी और रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार के लिए रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज
• फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार के लिए करोलिंस्का इंस्टीट्यूट
• साहित्य में नोबेल पुरस्कार के लिए स्वीडिश अकादमी
• नोबेल शांति पुरस्कार के लिए नॉर्वेजियन संसद (स्टॉर्टिंग) द्वारा चुनी जाने वाली पांच व्यक्तियों की एक समिति।

1968 में, स्वेरिजेस रिक्सबैंक ने अल्फ्रेड नोबेल की स्मृति में अर्थशास्त्र में स्वेरिजेस रिक्सबैंक पुरस्कार की स्थापना की। रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज को 1969 से शुरू होने वाले अर्थशास्त्र में पुरस्कार विजेताओं का चयन करने का काम दिया गया था।