ट्रेहलोस कीड़ों में घूमने वाली मुख्य शुगर है, इसे लंबे समय से एक मेटाबोलिक सब्सट्रेट माना जाता है जो उड़ान और मेटामॉर्फोसिस जैसे ज़्यादा मांग वाले शारीरिक स्टेज के दौरान एनर्जी बनाने के लिए ज़रूरी होता है।
इस स्टडी से पता चलता है कि E2F/Dp, एक ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर कॉम्प्लेक्स, सेल-साइकल की प्रगति और डेवलपमेंटल टिशू बनने में शामिल जीन को रेगुलेट करके ट्रेहलोस मेटाबॉलिज्म को मांसपेशियों के विकास से जोड़ता है।
मेटामॉर्फोसिस एक कीड़े की ज़िंदगी में सबसे ज़्यादा ऊर्जा लेने वाले और मज़बूती से जुड़ी हुई अवस्था में से एक है। इस बदलाव के दौरान लार्वा टिशू टूट जाते हैं और एडल्ट स्ट्रक्चर में फिर से बन जाते हैं, जिसमें ज़िंदा रहने के लिए ज़रूरी बहुत ज़्यादा संगठित फ्लाइट मांसपेशियां शामिल होती हैं। हालांकि इस प्रक्रिया में हार्मोन और डेवलपमेंटल जीन की भूमिका अच्छी तरह से पता है, लेकिन मेटाबॉलिज्म का योगदान खासकर ऊर्जा की उपलब्धता मांसपेशियों के बनने पर कैसे असर डालती है, यह अभी तक साफ़ नहीं हुआ है।
CSIR-NCL में डॉ. राकेश जोशी और उनकी टीम ने कॉटन बॉलवर्म मोथ, हेलिकोवर्पा आर्मिगेरा पर हाल ही में एक स्टडी की है, जिससे इस संबंध के बारे में ज़रूरी जानकारी मिलती है। यह काम दिखाता है कि ट्रेहलोस मेटाबॉलिज्म मेटामॉर्फोसिस के दौरान एनर्जी सप्लाई करने से कहीं ज़्यादा काम करता है; यह मसल्स के डेवलपमेंट के लिए ज़रूरी जेनेटिक मशीनरी को एक्टिव रूप से रेगुलेट करता है।
ट्रेहलोस कीड़ों में घूमने वाली मुख्य शुगर है, जो एक बड़े एनर्जी रिज़र्वॉयर के तौर पर काम करती है। विकास के दौरान ट्रेहलोस ग्लूकोज में बदल जाता है, जो ग्लाइकोलाइसिस में जाता है, जो सेलुलर एनर्जी प्रोडक्शन के लिए ज़िम्मेदार सेंट्रल पाथवे है। इस पाथवे के महत्व की जांच करने के लिए, रिसर्चर्स ने ट्रेहलोस सिंथेसिस में शामिल जीन्स को डिसरप्ट किया, खासकर ट्रेहलोस 6-फॉस्फेट सिंथेस/फॉस्फेटेस (TPS/TPP), साथ ही पैरामायोसिन (Prm), जो एक स्ट्रक्चरल मसल प्रोटीन है।
जिन कीड़ों का ट्रेहलोस मेटाबॉलिज्म खराब था, वे नॉर्मल इक्लोजन पूरा नहीं कर पाए और उनके मसल फाइबर टूटे-फूटे और ठीक से ऑर्गनाइज़ नहीं हुए। माइक्रोस्कोपिक एनालिसिस से मसल्स की बनावट में गड़बड़ी का पता चला, जिससे पता चलता है कि मेटामॉर्फोसिस के दौरान मेटाबोलिक बैलेंस में गड़बड़ी सीधे मसल्स बनने पर असर डालती है।
अंदरूनी बायोकेमिकल बदलावों को समझने के लिए, रिसर्चर्स ने मेटाबोलिक प्रोफाइलिंग की। उन्होंने ग्लाइकोलाइटिक इंटरमीडिएट्स और खास सेलुलर कोफ़ैक्टर्स में बड़े पैमाने पर कमी देखी, जिससे एनर्जी प्रोडक्शन में बड़ी कमी का पता चला। साथ ही AMP लेवल में काफी बढ़ोतरी हुई, जिससे सेलुलर एनर्जी स्ट्रेस का पता चला। कुल मिलाकर इन नतीजों से पता चला कि कीड़ों के डेवलपमेंट के दौरान ग्लाइकोलाइसिस को बनाए रखने और एनर्जेटिक होमियोस्टेसिस बनाए रखने के लिए ट्रेहलोस से मिलने वाला ग्लूकोज़ फ़्लक्स ज़रूरी है।
मेटाबॉलिज्म के अलावा इस अध्ययन ने सेलुलर एनर्जेटिक्स और जीन रेगुलेशन के बीच एक अनएक्सपेक्टेड लिंक दिखाया। ट्रांसक्रिप्टोमिक एनालिसिस ने ट्रांसक्रिप्शन फ़ैक्टर कॉम्प्लेक्स E2F/Dp में काफी गिरावट दिखाई, साथ ही सेल-साइकल कंट्रोल में शामिल साइक्लिन और साइक्लिन-डिपेंडेंट काइनेज़ का एक्सप्रेशन भी कम हुआ। इससे पता चलता है कि खराब ट्रेहलोस मेटाबॉलिज्म की वजह से होने वाला एनर्जी स्ट्रेस, सही डेवलपमेंट के लिए ज़रूरी ट्रांसक्रिप्शन में रुकावट डालता है।
आगे की जांच से पता चला कि E2F/Dp के दबने से मसल्स के विकास के लिए ज़रूरी कई जीन्स का एक्सप्रेशन कम हो गया, जिसमें मायोसाइट एन्हांसर फैक्टर (Mef2), पैरामायोसिन (Prm) और मायोसिन हेवी चेन (MHC) शामिल हैं। क्योंकि ये प्रोटीन मसल्स के बनने और सिकुड़ने के काम के लिए बहुत ज़रूरी हैं, इसलिए इनका कम एक्सप्रेशन ही शांत किए गए कीड़ों में देखे गए खराब मसल फेनोटाइप को समझाता है।
कंप्यूटेशनल एनालिसिस (जिसमें जीन रेगुलेटरी नेटवर्क और प्रमोटर बाइंडिंग साइट एनालिसिस शामिल हैं) से ट्रेहलोज़ मेटाबॉलिज़्म जीन और मायोजेनिक जीन, दोनों के प्रमोटर में E2F-बाइंडिंग मोटिफ़ की पहचान हुई। यह एक समन्वित मेटाबोलिक-ट्रांसक्रिप्शनल रेगुलेटरी सिस्टम को प्रदर्शित करता है, जहाँ पोषक तत्वों की उपलब्धता और ऊर्जा का संतुलन सीधे तौर पर डेवलपमेंटल जीन एक्सप्रेशन को प्रभावित करते हैं।
इस संबंध को और पक्का करने के लिए रिसर्चर्स ने कीड़ों की डाइट में ट्रेहलोज मिलाया। खास बात यह है कि ट्रेहलोज खिलाने से मेटाबोलिक बैलेंस थोड़ा ठीक हो गया और कई मायोजेनिक जीन्स और TFs का एक्सप्रेशन बच गया, यहाँ तक कि TPS/TPP- और E2F/Dp-शांत किए गए कीड़ों में भी। मांसपेशियों से जुड़े ट्रांसक्रिप्शन की रिकवरी, एनर्जी मेटाबॉलिज्म को डेवलपमेंटल सिग्नलिंग से जोड़ने वाले सेंट्रल रेगुलेटरी नोड के तौर पर ट्रेहलोस मेटाबॉलिज्म की भूमिका को मज़बूती से सपोर्ट करती है।
यह स्टडी कीड़ों की फिजियोलॉजी के बारे में नई जानकारी देती है, यह दिखाते हुए कि मेटाबॉलिज्म सिर्फ डेवलपमेंट के लिए एक पैसिव सपोर्ट सिस्टम नहीं है। इसके बजाय, मेटाबॉलिक पाथवे ट्रांसक्रिप्शनल नेटवर्क के साथ एक्टिव रूप से कम्युनिकेट करते हैं ताकि यह पता लगाया जा सके कि टिशू बनने और अलग होने के लिए काफी एनर्जी रिसोर्स मौजूद हैं या नहीं।
डेवलपमेंट से जुड़े इसके महत्व के अलावा यह काम कृषि विज्ञान के लिए भी काम का हो सकता है। चूंकि हेलिकोवर्पा आर्मिगेरा एक मुख्य फसल कीट है, इसलिए इसके मेटाबॉलिक और डेवलपमेंटल पाथवे में कमजोरियों को समझना भविष्य की कीट मैनेजमेंट स्ट्रेटेजी में मदद कर सकता है, जो कीड़ों की ग्रोथ और मेटामॉर्फोसिस को टारगेट करती हैं।
यह सभी नतीजे बायोलॉजी में एक उभरती हुई थीम पर रोशनी डालते हैं: मेटाबॉलिज्म और जीन रेगुलेशन आपस में गहराई से जुड़े हुए हैं। यह पता लगाकर कि ट्रेहलोज मेटाबॉलिज्म मांसपेशियों के डेवलपमेंट के ट्रांसक्रिप्शनल कंट्रोल को कैसे कंट्रोल करता है, यह स्टडी मेटामॉर्फोसिस के दौरान एनर्जी होमियोस्टेसिस, सेल-साइकल रेगुलेशन और टिशू डेवलपमेंट को जोड़ने वाला एक मॉलिक्यूलर फ्रेमवर्क देती है।
ट्रेहलोज मेटाबॉलिज्म लेपिडोप्टेरान कीड़ों में मांसपेशियों के डेवलपमेंट के ट्रांसक्रिप्शनल कंट्रोल को रेगुलेट करता है।
शारदा मोहिते, तानाजी देवकाते, प्रशांत कालस्कर, प्रशांत सिंह, अभिषेक सुब्रमणियन, राकेश शामसुंदर जोशी