પ્રારંભિક ગર્ભના કોષો ચોક્કસ પદ્ધતિઓ દ્વારા અલગ અલગ ભાગ્ય કેવી રીતે પ્રાપ્ત કરે છે?

આ બ્લોગ પોસ્ટમાં OCT4 અને CDX2 જેવા મુખ્ય પરિબળો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ તેમજ દ્વિધ્રુવીયતા નક્કી કરતા પદાર્થોના વિતરણમાં તફાવતોના આધારે ગર્ભના પ્રારંભિક તબક્કામાં કોષો કેવી રીતે અલગ અલગ ભાગ્ય પસંદ કરે છે તેની તપાસ કરવામાં આવી છે.

આપણા શરીરમાં અસંખ્ય કોષો ઝાયગોટમાંથી ઉદ્ભવે છે, જે એક કોષ છે જે શુક્રાણુ અને ઇંડાના ગર્ભાધાન દ્વારા વારંવાર કોષ વિભાજન દ્વારા રચાય છે. સસ્તન પ્રાણીઓમાં, ઝાયગોટ કોષ વિભાજન દ્વારા રચાયેલા પ્રારંભિક બ્લાસ્ટોસિસ્ટ તબક્કા દરમિયાન, ટ્રોફોએક્ટોડર્મ કોષો - જે પાછળથી પ્લેસેન્ટાનો ભાગ બને છે - તેઓ ઘેરાયેલા આંતરિક કોષ સમૂહ (ICM) થી અલગ પડે છે. આ ICM પ્લુરીપોટેન્સી ધરાવે છે, જે ગર્ભના તમામ કોષ પ્રકારોમાં ભિન્ન થવાની ક્ષમતા છે. તો, આ આંતરિક કોષ સમૂહ કેવી રીતે રચાય છે?
ઝાયગોટ 8-કોષ તબક્કા સુધી પહોંચવા માટે કોષ વિભાજનના લગભગ ત્રણ રાઉન્ડમાંથી પસાર થાય છે, જેમાં આઠ ગોળાકાર કોષો હોય છે. ત્યારબાદ તે કોમ્પેક્શનની પ્રક્રિયામાંથી પસાર થાય છે, જેમાં મોર્ફોલોજિકલ ફેરફારો થાય છે, જે 8-કોષ મોરુલા બને છે. આગળના તબક્કામાં, 8-કોષ બ્લાસ્ટુલા માઇટોટિક ડિવિઝન અને ડિફરન્શિયલ ડિવિઝન બંને દ્વારા 16-કોષ બ્લાસ્ટુલા બને છે. માઇટોટિક ડિવિઝન એ ડિવિઝનનો ઉલ્લેખ કરે છે જ્યાં બે પરિણામી કોષો સમાન હોય છે, જ્યારે ડિફરન્શિયલ ડિવિઝન એ ડિવિઝનનો ઉલ્લેખ કરે છે જ્યાં બે પરિણામી કોષો અલગ બને છે. 8-કોષ બ્લાસ્ટોસિસ્ટના કેટલાક કોષો સંરક્ષણ વિભાગ દ્વારા 16-કોષ બ્લાસ્ટોસિસ્ટના બાહ્ય સ્તરની રચના કરતા કોષો બને છે. બાકીના કોષો ડિફરન્શિયલ ડિવિઝનમાંથી પસાર થાય છે, બાહ્ય સ્તર માટે એક કોષમાં અને આંતરિક માટે એક કોષમાં વિભાજીત થાય છે, અંદર ભરે છે. આમ, 16-કોષ બ્લાસ્ટોસિસ્ટ પહેલા બાહ્ય સ્તરના કોષો અને આંતરિક કોષો દ્વારા અલગ પડેલું સ્વરૂપ મેળવે છે.
દરમિયાન, આ દ્વિ કોષ વિભાજન પેટર્ન 16-કોષ બ્લાસ્ટોસિસ્ટની અંદર પુનરાવર્તિત થાય છે, જે 32-કોષ બ્લાસ્ટોસિસ્ટની રચના તરફ દોરી જાય છે. આ તબક્કે, બાહ્ય સ્તરના કોષો ટ્રોફોએક્ટોડર્મ કોષોમાં ભિન્ન થાય છે જે પાછળથી પ્રારંભિક બ્લાસ્ટોસિસ્ટ બનાવશે, જ્યારે આંતરિક કોષો કોષોમાં ભિન્ન થાય છે જે આંતરિક કોષ સમૂહ બનાવશે. અહીં મુખ્ય પ્રશ્ન એ છે કે 16-કોષ અને 32-કોષ બ્લાસ્ટોસિસ્ટ તબક્કામાં કોષો અલગ કોષ પ્રકારોમાં કેવી રીતે ભિન્ન થાય છે.
બે મુખ્ય પૂર્વધારણાઓ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે. પ્રથમ, 'આંતરિક-બાહ્ય પૂર્વધારણા' સમજાવે છે કે એક કોષ પડોશી કોષો સાથેના સંપર્કની ડિગ્રી અને બાહ્ય વાતાવરણના સંપર્કમાં તફાવતના આધારે અલગ અલગ રીતે ભિન્નતા ધરાવે છે. એટલે કે, બ્લાસ્ટોસિસ્ટની અંદરના કોષો સપાટીના કોષો કરતાં પડોશી કોષો સાથે વધુ સંપર્ક ધરાવે છે અને સીધા બાહ્ય વાતાવરણના સંપર્કમાં આવતા નથી. આ તફાવત ઊંડા કોષો અને સપાટીના કોષોને અલગ કોષ પ્રકારોમાં ભિન્નતા લાવવાનું કારણ બને છે તેવું માનવામાં આવે છે.
જોકે, 8-કોષ બ્લાસ્ટોસિસ્ટ તબક્કામાં કોમ્પેક્શન પ્રક્રિયા દરમિયાન કોષોમાં ચોક્કસ પદાર્થો અસમપ્રમાણ રીતે વિતરિત થાય છે તે શોધથી એક નવી 'દ્વિધ્રુવીય પૂર્વધારણા'નો પ્રસ્તાવ આવ્યો. શરૂઆતમાં કોષોમાં સમાનરૂપે વિતરિત થયેલા પદાર્થો કોમ્પેક્શન પછી બાહ્ય અથવા આંતરિક પ્રદેશોમાં ફરીથી વિતરિત થાય છે. પરિણામે, 8-કોષ બ્લાસ્ટોસિસ્ટમાં દરેક કોષ દ્વિધ્રુવી માળખું મેળવે છે. આ પદાર્થોને 'દ્વિધ્રુવીય નિર્ધારણ પદાર્થો' કહેવામાં આવે છે, અને દ્વિધ્રુવી પૂર્વધારણાનો મુખ્ય ભાગ એ છે કે કોષો આ પદાર્થોના વિતરણ પેટર્નના આધારે અલગ પ્રકારોમાં ભિન્ન થાય છે. આ પૂર્વધારણા અનુસાર, જ્યારે 8-કોષ બ્લાસ્ટોસિસ્ટમાં કોષો મિટોટિક વિભાજનમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે સપાટીના કોષો વિભાજન પહેલાં તેમની પાસે રહેલા ધ્રુવીય સામગ્રીના વિતરણને જાળવી રાખે છે. જો કે, નવા રચાયેલા આંતરિક કોષોમાં ધ્રુવીય સામગ્રીનો અભાવ હોય છે જે મૂળ બાહ્ય બાજુ પર કેન્દ્રિત હતી. સપાટી અને આંતરિક કોષો વચ્ચેનો આ તફાવત તેમના અલગ કોષ પ્રકારોમાં ભિન્નતા તરફ દોરી જવાનું કારણ તરીકે સમજાવવામાં આવ્યો છે.
બ્લાસ્ટોસિસ્ટના બાહ્ય કોષો અને આંતરિક કોષોના ભિન્નતા પ્રક્રિયા દરમિયાન, વૈજ્ઞાનિકોએ પ્લુરીપોટેન્સી જાળવવામાં સામેલ OCT4 અને ન્યુરલ ક્રેસ્ટ રચનામાં સામેલ CDX2 પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું. 8-કોષ તબક્કાના બ્લાસ્ટોસિસ્ટમાં, OCT4 બધા કોષોમાં સમાનરૂપે વિતરિત થાય છે, પરંતુ CDX2 નથી. આનું કારણ એ છે કે કેટલાક બાયપોલર સ્ફટિકીય પદાર્થ ફક્ત કોષોના બાહ્ય પ્રદેશોમાં જ અસ્તિત્વ ધરાવે છે, જે CDX2 ને બાહ્ય બાજુ તરફ કેન્દ્રિત કરે છે. ત્યારબાદ, 16-કોષ તબક્કા દ્વારા, OCT4 ધીમે ધીમે બાહ્ય કોષોમાંથી અદૃશ્ય થઈ જાય છે, જ્યારે આંતરિક કોષોમાં રહેલું CDX2 ધીમે ધીમે અદૃશ્ય થઈ જાય છે. આ એટલા માટે થાય છે કારણ કે CDX2 બાહ્ય કોષોમાં OCT4 અભિવ્યક્તિને દબાવી દે છે, અને OCT4 આંતરિક કોષોમાં CDX2 અભિવ્યક્તિને દબાવી દે છે.
દરમિયાન, 'હિપ્પો' સિગ્નલિંગ માર્ગ, જે CDX2 અભિવ્યક્તિને પ્રોત્સાહન આપતા પદાર્થોના કાર્યને દબાવી દે છે, તેનો પણ આ પ્રક્રિયા સાથે સંબંધિત એક મહત્વપૂર્ણ ઘટના તરીકે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. આ પદ્ધતિ અનુસાર, 16-કોષ સ્ટેજ ગર્ભના તમામ કોષોમાં હાજર હિપ્પો સિગ્નલિંગ, આસપાસના કોષો સાથે સંપર્ક વિસ્તાર વધે ત્યારે સક્રિય થાય છે, જેનાથી CDX2 સ્તર ઘટે છે. આ તારણો દર્શાવે છે કે CDX2 અને OCT4 વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા એ ભિન્નતા અને વિભાજન દ્વારા ઉત્પન્ન થતા બે કોષોના વિવિધ ભાગ્યને નક્કી કરવા માટે એક મુખ્ય પરિબળ છે. તાજેતરના અભ્યાસોએ જાહેર કર્યું છે કે આ જટિલ પદ્ધતિ અંતઃકોશિક યાંત્રિક દળો, એપિજેનેટિક નિયમન અને પ્રોટીન ફોસ્ફોરાયલેશન સિગ્નલિંગમાં તફાવતો સાથે પણ કાર્બનિક રીતે જોડાયેલી છે. આ પુષ્ટિ કરે છે કે પ્રારંભિક ગર્ભ વિકાસ દરમિયાન કોષ ભાગ્ય નિર્ધારણની પ્રક્રિયા અત્યંત સુસંસ્કૃત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું ઉત્પાદન છે.