सुरुवातीच्या गर्भातील पेशी विशिष्ट यंत्रणेद्वारे वेगवेगळे भाग्य कसे प्राप्त करतात?

या ब्लॉग पोस्टमध्ये OCT4 आणि CDX2 सारख्या प्रमुख घटकांमधील परस्परसंवादांवर तसेच द्विध्रुवीयता-निर्धारक पदार्थांच्या वितरणातील फरकांवर आधारित सुरुवातीच्या भ्रूण अवस्थेतील पेशी वेगवेगळे भवितव्य कसे निवडतात याचा तपशीलवार अभ्यास केला आहे.

आपल्या शरीरातील असंख्य पेशी झिगोटपासून उद्भवतात, शुक्राणू आणि अंडी यांच्या गर्भाधानाने वारंवार पेशी विभाजनाद्वारे तयार होणारी एक पेशी. सस्तन प्राण्यांमध्ये, झिगोट पेशी विभाजनाने तयार होणाऱ्या सुरुवातीच्या ब्लास्टोसिस्ट टप्प्यात, ट्रोफोएक्टोडर्म पेशी - ज्या नंतर प्लेसेंटाचा भाग बनतात - त्यांच्या सभोवतालच्या आतील पेशी वस्तुमानापासून (ICM) वेगळे होतात. या ICM मध्ये प्लुरिपोटन्सी असते, जी गर्भाच्या सर्व पेशी प्रकारांमध्ये फरक करण्याची क्षमता असते. तर, हे आतील पेशी वस्तुमान कसे तयार होते?
झिगोट ८-पेशींच्या टप्प्यात पोहोचण्यासाठी पेशी विभाजनाच्या अंदाजे तीन फेऱ्या पार करतो, ज्यामध्ये आठ गोलाकार पेशी असतात. त्यानंतर ते कॉम्पॅक्शन प्रक्रियेतून जाते, ज्यामध्ये आकारिकीय बदल होतात आणि ८-पेशींचे मोरुला बनते. पुढील टप्प्यात, ८-पेशींचे ब्लास्टुला मायटोटिक डिव्हिजन आणि डिफरेंशियल डिव्हिजन दोन्हीद्वारे १६-पेशींचे ब्लास्टुला बनते. मायटोटिक डिव्हिजन म्हणजे अशा विभाजनाचा संदर्भ आहे जिथे दोन परिणामी पेशी एकसारख्या असतात, तर डिफरेंशियल डिव्हिजन म्हणजे अशा विभाजनाचा संदर्भ आहे जिथे दोन परिणामी पेशी वेगळ्या होतात. ८-पेशी ब्लास्टोसिस्टच्या काही पेशी संवर्धन विभागणीद्वारे १६-पेशी ब्लास्टोसिस्टच्या बाह्य थर बनवणाऱ्या पेशी बनतात. उर्वरित पेशी विभेदन विभागणीतून जातात, बाह्य थरासाठी एका पेशीमध्ये आणि आतील भागासाठी एका पेशीमध्ये विभागल्या जातात, ज्यामुळे आतील भाग भरतो. अशा प्रकारे, १६-पेशींचे ब्लास्टोसिस्ट प्रथम बाह्य थराच्या पेशी आणि आतील पेशींद्वारे वेगळे केलेले स्वरूप प्राप्त करते.
दरम्यान, हा दुहेरी पेशी विभाजनाचा नमुना १६-पेशी ब्लास्टोसिस्टमध्ये पुनरावृत्ती होतो, ज्यामुळे ३२-पेशी ब्लास्टोसिस्ट तयार होतो. या टप्प्यावर, बाह्य थरातील पेशी ट्रोफोएक्टोडर्म पेशींमध्ये विभाजित होतात जे नंतर सुरुवातीचे ब्लास्टोसिस्ट बनवतील, तर आतील पेशी त्या पेशींमध्ये विभाजित होतात ज्या आतील पेशी वस्तुमान बनवतील. येथे महत्त्वाचा प्रश्न असा आहे की १६-पेशी आणि ३२-पेशी ब्लास्टोसिस्ट टप्प्यांवर पेशी वेगवेगळ्या पेशी प्रकारांमध्ये कसे विभाजित होतात.
दोन प्रमुख गृहीतके मांडण्यात आली आहेत. पहिले, 'आतील-बाह्य गृहीतके' हे स्पष्ट करते की एक पेशी शेजारच्या पेशींशी असलेल्या संपर्काच्या प्रमाणात आणि बाह्य वातावरणाच्या संपर्कातील फरकांवर आधारित वेगवेगळ्या प्रकारे फरक करते. म्हणजेच, ब्लास्टोसिस्टमधील खोलवरच्या पेशींचा पृष्ठभागाच्या पेशींपेक्षा शेजारच्या पेशींशी जास्त संपर्क असतो आणि ते थेट बाह्य वातावरणाच्या संपर्कात येत नाहीत. या फरकामुळे खोलवरच्या पेशी आणि पृष्ठभागाच्या पेशी वेगवेगळ्या पेशी प्रकारांमध्ये फरक करतात असे मानले जाते.
तथापि, ८-पेशी ब्लास्टोसिस्ट टप्प्यावर कॉम्पॅक्शन प्रक्रियेदरम्यान विशिष्ट पदार्थ पेशींमध्ये असममितपणे वितरित होतात या शोधामुळे एका नवीन 'द्विध्रुवीय गृहीतक'चा प्रस्ताव आला. सुरुवातीला पेशींमध्ये समान रीतीने वितरित केलेले पदार्थ कॉम्पॅक्शननंतर बाह्य किंवा अंतर्गत प्रदेशांमध्ये पुनर्वितरित केले जातात. परिणामी, ८-पेशी ब्लास्टोसिस्टमधील प्रत्येक पेशी द्विध्रुवीय रचना प्राप्त करते. या पदार्थांना 'द्विध्रुवीय निर्धारण पदार्थ' असे म्हणतात आणि द्विध्रुवीय गृहीतकाचा गाभा असा आहे की पेशी या पदार्थांच्या वितरण पद्धतीच्या आधारे वेगवेगळ्या प्रकारांमध्ये विभागल्या जातात. या गृहीतकानुसार, जेव्हा ८-पेशी ब्लास्टोसिस्टमधील पेशी मायटोटिक विभाजनातून जातात, तेव्हा पृष्ठभागावरील पेशी विभाजनापूर्वी त्यांच्याकडे असलेल्या ध्रुवीकरण सामग्रीचे वितरण टिकवून ठेवतात. तथापि, नव्याने तयार झालेल्या आतील पेशींमध्ये मूळतः बाह्य बाजूला केंद्रित असलेल्या ध्रुवीकरण सामग्रीचा अभाव असतो. पृष्ठभाग आणि आतील पेशींमधील हा फरक त्यांना वेगवेगळ्या पेशी प्रकारांमध्ये विभेदित करण्याचे कारण म्हणून स्पष्ट केला आहे.
ब्लास्टोसिस्टच्या बाह्य पेशी आणि आतील पेशींच्या भेदभाव प्रक्रियेदरम्यान, प्लुरिपोटेन्सी राखण्यात सहभागी असलेल्या OCT4 आणि न्यूरल क्रेस्ट निर्मितीमध्ये सहभागी असलेल्या CDX2 वर शास्त्रज्ञांनी लक्ष केंद्रित केले. 8-पेशी स्टेज ब्लास्टोसिस्टमध्ये, OCT4 सर्व पेशींमध्ये समान रीतीने वितरित केले जाते, परंतु CDX2 तसे नसते. याचे कारण असे की काही द्विध्रुवीय स्फटिकासारखे पदार्थ केवळ पेशींच्या बाह्य भागात अस्तित्वात असतात, जे CDX2 ला बाहेरील बाजूकडे केंद्रित करतात. त्यानंतर, 16-पेशी स्टेजद्वारे, OCT4 हळूहळू बाह्य पेशींमधून अदृश्य होते, तर आतील पेशींमधील अवशिष्ट CDX2 हळूहळू नाहीसे होते. हे घडते कारण CDX2 बाह्य पेशींमध्ये OCT4 अभिव्यक्ती दाबते आणि OCT4 आतील पेशींमध्ये CDX2 अभिव्यक्ती दाबते.
दरम्यान, CDX2 अभिव्यक्तीला चालना देणाऱ्या पदार्थांच्या कार्याला दडपून टाकणारा 'हिप्पो' सिग्नलिंग मार्ग देखील या प्रक्रियेशी संबंधित एक महत्त्वाची घटना म्हणून अभ्यासला गेला आहे. या यंत्रणेनुसार, १६-पेशी टप्प्यातील गर्भाच्या सर्व पेशींमध्ये असलेले हिप्पो सिग्नलिंग, आसपासच्या पेशींशी संपर्क क्षेत्र वाढल्यावर सक्रिय होते, ज्यामुळे CDX2 पातळी कमी होते. हे निष्कर्ष दर्शवितात की CDX2 आणि OCT4 मधील परस्परसंवाद हा भिन्नता आणि विभाजनाद्वारे निर्माण होणाऱ्या दोन पेशींचे वेगवेगळे भाग्य निश्चित करणारा एक प्रमुख घटक आहे. अलीकडील अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की ही जटिल यंत्रणा इंट्रासेल्युलर मेकॅनिकल फोर्स, एपिजेनेटिक रेग्युलेशन आणि प्रोटीन फॉस्फोरायलेशन सिग्नलिंगमधील फरकांशी देखील सेंद्रियपणे जोडलेली आहे. हे पुष्टी करते की सुरुवातीच्या गर्भ विकासादरम्यान पेशींचे भाग्य निश्चित करण्याची प्रक्रिया अत्यंत परिष्कृत परस्परसंवादाचे उत्पादन आहे.