मोर्फोजन

मॉर्फोजेन ऐसा पदार्थ है जिसका गैर-समान वितरण मोर्फोजेनेसिस या क्रम का निर्माण की प्रक्रिया में ऊतक विकास के प्राकृतिक क्रम को नियंत्रित करता है, जो विकासात्मक जीव विज्ञान की मुख्य प्रक्रियाओं में से है, जो ऊतक के अन्दर विभिन्न विशिष्ट कोशिका प्रकारों की स्थिति स्थापित करता है। इस प्रकार विशेष रूप से, मॉर्फोजेन सिग्नलिंग अणु है जो अपनी स्थानीय सांद्रता के आधार पर विशिष्ट सेलुलर प्रतिक्रियाएं उत्पन्न करने के लिए कोशिकाओं पर सीधे कार्य करता है।

सामान्यतः, मॉर्फोजेन स्रोत कोशिकाओं द्वारा निर्मित होते हैं और प्रारंभिक विकास के समय भ्रूण में आसपास के ऊतकों के माध्यम से फैलते हैं, जैसे कि एकाग्रता ग्रेडिएंट स्थापित होते हैं। इस प्रकार ये ग्रेडिएंट्स गैर-विशिष्ट स्टेम कोशिकाओं को विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में विभेदित करने की प्रक्रिया को संचालित करते हैं, जिससे अंततः शरीर के सभी ऊतकों और अंगों का निर्माण होता है। मॉर्फोजेनेसिस का नियंत्रण विकासवादी जीव विज्ञान (ईवो-देवो) में केंद्रीय तत्व है।

इतिहास
यह शब्द एलन ट्यूरिंग द्वारा पेपर मोर्फोजेनेसिस का रासायनिक आधार में गढ़ा गया था, जहां उन्होंने जैविक क्रम निर्माण के लिए रासायनिक तंत्र की पूर्वानुमान की थी, दशकों पहले ऐसे क्रम के गठन का प्रदर्शन किया गया था। मॉर्फोजेन की अवधारणा का विकासात्मक जीव विज्ञान में लंबा इतिहास है, जो 20 वीं शताब्दी की प्रारंभ में अग्रणी ड्रोसोफिला आनुवंशिकीविद्, थॉमस हंट मॉर्गन के कार्य से जुड़ा है। लुईस वोल्पर्ट ने 1960 के दशक में फ्रांसीसी ध्वज मॉडल के साथ मॉर्फोजेन अवधारणा को परिष्कृत किया था, जिसमें बताया गया कि कैसे मॉर्फोजेन ऊतक को विभिन्न लक्ष्य जीन अभिव्यक्ति (फ्रांसीसी ध्वज के रंगों के अनुरूप) के डोमेन में उप-विभाजित कर सकता है। इस मॉडल का प्रमुख ड्रोसोफिला जीवविज्ञानी, पीटर लॉरेंस (जीवविज्ञानी) द्वारा समर्थन किया गया था। क्रिस्टियन नुस्सलीन-वोल्हार्ड मॉर्फोजेन, बाइकोइड की पहचान करने वाले पहले व्यक्ति थे, जो ड्रोसोफिला सिंकिटियल भ्रूण में ग्रेडिएंट में उपस्थित प्रतिलेखन कारक में से है। सामान्य फ्रूट फ्लाई के मॉर्फोजेनिक भ्रूणविज्ञान को समझाने के उनके कार्य के लिए उन्हें फिजियोलॉजी और मेडिसिन में 1995 के नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।  इस प्रकार गैरी स्ट्रुहल और स्टीफन कोहेन के नेतृत्व वाले समूहों ने तब प्रदर्शित किया कि स्रावित सिग्नलिंग प्रोटीन, डिकैपेंटाप्लेजिक (परिवर्तनकारी विकास कारक बीटा का ड्रोसोफिला होमोलॉग), ड्रोसोफिला विकास के बाद के चरणों के समय मॉर्फोजेन के रूप में कार्य करता है।

तंत्र
प्रारंभिक विकास के समय, मॉर्फोजेन ग्रेडिएंट्स के परिणामस्वरूप विशिष्ट स्थानिक क्रम में विशिष्ट कोशिका प्रकार का विभेदन होता है। मॉर्फोजेन एकाग्रता स्लोप बनाकर स्थानिक जानकारी प्रदान करता है जो अलग-अलग एकाग्रता सीमाओं पर विभिन्न लक्ष्य जीन की अभिव्यक्ति को प्रेरित या बनाए रखकर कोशिकाओं के क्षेत्र को उप-विभाजित करता है। इस प्रकार, मॉर्फोजेन के स्रोत से दूर की कोशिकाओं को मॉर्फोजेन के निम्न स्तर प्राप्त होंगे और केवल निम्न-सीमा वाले लक्ष्य जीन ही व्यक्त होंगे। इसके विपरीत, मॉर्फोजेन के स्रोत के निकट की कोशिकाएं मॉर्फोजेन के उच्च स्तर प्राप्त करती है और निम्न और उच्च-सीमा वाले लक्ष्य जीन दोनों को व्यक्त करती है। इस प्रकार लक्ष्य जीन अभिव्यक्ति के विभिन्न संयोजन के परिणामस्वरूप विशिष्ट कोशिका प्रकार प्रदर्शित करते हैं। इस प्रकार, कोशिकाओं के क्षेत्र को मॉर्फोजेन के स्रोत के सापेक्ष उनकी स्थिति के अनुसार विभिन्न प्रकारों में विभाजित किया जाता है। इस मॉडल को सामान्य तंत्र माना जाता है जिसके द्वारा जानवरों में भ्रूण के विकास में कोशिका प्रकार की विविधता उत्पन्न की जा सकती है।

सबसे प्रारंभिक और सबसे अच्छे अध्ययन वाले मॉर्फोजेन में से कुछ प्रतिलेखन कारक हैं जो प्रारंभिक ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर (फ्रूट फ्लाई) भ्रूण के अन्दर फैलते हैं। चूँकि, अधिकांश मॉर्फोजेन स्रावित प्रोटीन होते हैं जो कोशिका को संकेत देते हैं।

जीन और संकेत
एक मॉर्फोजेन स्थानीय स्रोत से फैलता है और विकासशील ऊतक में एकाग्रता स्लोप बनाता है। विकासात्मक जीव विज्ञान में, 'मॉर्फोजन' का उपयोग सिग्नलिंग अणु के लिए सख्ती से किया जाता है जो विशिष्ट सेलुलर प्रतिक्रियाओं का उत्पादन करने के लिए कोशिकाओं पर सीधे कार्य करता है (क्रमिक प्रेरण के माध्यम से नहीं) जो मॉर्फोजेन एकाग्रता पर निर्भर करता है। यह परिभाषा तंत्र की चिंता करती है, किसी विशिष्ट रासायनिक सूत्र की नहीं, इसलिए रेटिनोइक अम्ल (रेटिनोल या विटामिन ए का सक्रिय मेटाबोलाइट) जैसे सरल यौगिक भी मॉर्फोजेन के रूप में कार्य कर सकते हैं। इस प्रकार फ्रांसीसी ध्वज मॉडल में उल्लिखित ऊतक में स्लोप स्थापित करने के साथ विशिष्ट उद्देश्यों के कारण मॉडल को सार्वभौमिक रूप से स्वीकार नहीं किया गया है और इसके पश्चात् कार्य से पता चलता है कि ड्रोसोफिला भ्रूण का मॉर्फोजेन ग्रेडिएंट साधारण ग्रेडिएंट मॉडल से अधिक सम्मिश्र है।

उदाहरण
प्रस्तावित स्तनधारी मॉर्फोजेन में, रेटिनोइक अम्ल सोनिक हेजहोग, ट्रांसफॉर्मिंग ग्रोथ फैक्टर बीटा (टीजीएफ-β)/अस्थि मोर्फोजेनेटिक प्रोटीन (बोन मॉर्फोजेनिक प्रोटीन), और सिग्नलिंग मार्ग नहीं चाहिए /बीटा-कैटेनिन सम्मिलित हैं। ड्रोसोफिला में मॉर्फोजेन में डिकैपेंटाप्लेजिक और हेजहोग (सेल सिग्नलिंग) सम्मिलित हैं।

विकास के समय, रेटिनोइक एसिड, विटामिन ए का मेटाबोलाइट, जिसका उपयोग जीव के पीछे (शरीर रचना) के अंत के विकास को प्रोत्साहित करने के लिए किया जाता है। इस प्रकार रेटिनोइक एसिड रिसेप्टर से बंधता है जो हॉक्स जीन की अभिव्यक्ति को विनियमित करने के लिए प्रतिलेखन कारकों के रूप में कार्य करता है। विशेष रूप से पहली तिमाही में भ्रूण के बहिर्जात रेटिनोइड के संपर्क में आने से जन्म दोष उत्पन्न होते हैं।

टीजीएफ-बीटा वर्ग के सदस्य न्यूरल ट्यूब डोर्सल-वेंट्रल पैटर्निंग और कुछ अंगों के निर्माण में सम्मिलित होते हैं। टीजीएफ-β को टाइप II टीजीएफ बीटा रिसेप्टर्स से बांधने से टाइप I इस प्रकार रिसेप्टर्स की भर्ती होती है, जिससे बाद वाले ट्रांसफॉस्फोराइलेट हो जाते हैं। प्रकार I रिसेप्टर्स एसएमएडी (प्रोटीन) प्रोटीन को सक्रिय करते हैं जो प्रतिलेखन कारकों के रूप में कार्य करते हैं जो जीन प्रतिलेखन को नियंत्रित करते हैं।

सोनिक हेजहोग (एसएचएच) मॉर्फोजेन हैं जो विकासशील भ्रूण में प्रारंभिक पैटर्निंग के लिए आवश्यक हैं। एसएचएच रिसेप्टर से जुड़ता है जो एसएचएच की अनुपस्थिति में स्मूथीन्ड रिसेप्टर को रोकता है। इस प्रकार सामान्यतः सुचारू होने के कारण Gli1, Gli2 और Gli3 को नाभिक में स्थानांतरित किया जाता है जहां वे पीटीसीएच1 और उत्कीर्ण (जीन) जैसे लक्ष्य जीन को सक्रिय करते हैं।

फ्रूट फ्लाई
ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर में असामान्य विकासात्मक प्रणाली होती है, जिसमें भ्रूण के पहले तेरह कोशिका विभाजन सेलुलरकरण से पहले संकोश के अन्दर होते हैं। इस प्रकार अनिवार्य रूप से भ्रूण चौदहवें कोशिका विभाजन तक मेमब्रेन के पास समान रूप से 8000 से अधिक नाभिकों के साथ एकल कोशिका बना रहता है, जब स्वतंत्र मेमब्रेन नाभिक के बीच में संकुचित हो जाती है, जिससे वे स्वतंत्र कोशिकाओं में अलग हो जाती हैं। परिणामस्वरूप, फ्लाई भ्रूण में प्रतिलेखन कारक जैसे कि बाइकॉइड या हंचबैक मॉर्फोजेन के रूप में कार्य कर सकते हैं इस प्रकार क्योंकि वे विशेष अंतरकोशिकीय सिग्नलिंग तंत्र पर विश्वास किए बिना एकाग्रता के सुचारू ग्रेडिएंट उत्पन्न करने के लिए नाभिक के बीच स्वतंत्र रूप से फैल सकते हैं। चूँकि इस बात के कुछ प्रमाण हैं कि इनके समान होमोबॉक्स प्रतिलेखन कारक सीधे कोशिका मेमब्रेन से निकल सकते हैं, ऐसा नहीं माना जाता है कि यह तंत्र सेलुलराइज़्ड में मॉर्फोजेनेसिस में बहुत योगदान देता है

अधिकांश विकासात्मक प्रणालियों में, जैसे कि मानव भ्रूण या बाद में ड्रोसोफिला विकास, सिन्सिटिया केवल कभी-कभार ही होता है (जैसे कि कंकाल की मांसपेशी में), और मॉर्फोजेन सामान्यतः स्रावित सिग्नलिंग प्रोटीन होते हैं। ये प्रोटीन ट्रांसमेम्ब्रेन रिसेप्टर (जैव रसायन) प्रोटीन के बाह्य कोशिकीय डोमेन से जुड़ते हैं, जो नाभिक तक मॉर्फोजेन के स्तर को संचारित करने के लिए संकेत पारगमन की विस्तृत प्रक्रिया का उपयोग करते हैं। सिग्नल ट्रांसडक्शन पथों के परमाणु लक्ष्य सामान्यतः ट्रांसक्रिप्शन कारक होते हैं, जिनकी गतिविधि को इस तरह से नियंत्रित किया जाता है जो कोशिका की सतह पर प्राप्त मॉर्फोजेन के स्तर को दर्शाता है। इस प्रकार, स्रावित मोर्फोजेन प्रतिलेखन कारक गतिविधि के ग्रेडिएंट उत्पन्न करने के लिए कार्य करते हैं, जैसे कि सिंकिटियल ड्रोसोफिला भ्रूण में उत्पन्न होते हैं।

असतत लक्ष्य जीन मॉर्फोजेन गतिविधि की विभिन्न सीमाओं पर प्रतिक्रिया करते हैं। लक्ष्य जीन की अभिव्यक्ति को डीएनए के खंडों द्वारा नियंत्रित किया जाता है जिन्हें ' एन्हांसर (आनुवांशिकी) ' कहा जाता है, इस प्रकार जिससे प्रतिलेखन कारक सीधे जुड़ते हैं। एक बार बाध्य होने पर, प्रतिलेखन कारक जीन के प्रतिलेखन को उत्तेजित या बाधित करता है और इस प्रकार जीन उत्पाद (सामान्यतः प्रोटीन) की अभिव्यक्ति के स्तर को नियंत्रित करता है। 'लो-थ्रेसहोल्ड' लक्ष्य जीन को विनियमित करने के लिए केवल निम्न स्तर की मॉर्फोजेन गतिविधि की आवश्यकता होती है और इसमें प्रतिलेखन कारक के लिए कई उच्च-आत्मीयता बाध्यकारी साइटें सम्मिलित होती हैं। 'हाई-थ्रेसहोल्ड' लक्ष्य जीन में अपेक्षाकृत कम बाइंडिंग साइट या कम-एफ़िनिटी बाइंडिंग साइट होती हैं जिन्हें विनियमित करने के लिए प्रतिलेखन कारक गतिविधि के बहुत बड़े स्तर की आवश्यकता होती है।

सामान्य तंत्र जिसके द्वारा मॉर्फोजेन मॉडल कार्य करता है, ऊतकों के उपविभाजन को अलग-अलग सेल प्रकारों के क्रम में समझा सकता है, इस प्रकार यह मानते हुए कि स्लोप बनाना और बनाए रखना संभव है। चूँकि, मॉर्फोजेन मॉडल को अधिकांशतः अतिरिक्त गतिविधियों के लिए प्रयुक्त किया जाता है जैसे कि ऊतक के विकास को नियंत्रित करना या उसके अन्दर कोशिकाओं की ध्रुवीयता को उन्मुख करना (उदाहरण के लिए, आपके अग्रबाहु पर बाल दिशा में इंगित करते हैं) जिसे मॉडल द्वारा समझाया नहीं जा सकता है।

समानार्थी शब्द
जानवरों के विकास के समय मॉर्फोजेन द्वारा निभाई जाने वाली संगठनात्मक भूमिका को 2014 में नए बीटल जीनस, मॉर्फोजेनिया के नामकरण में स्वीकार किया गया था। एक प्रकार की प्रजाति, मॉर्फोजेनिया स्ट्रुहली, का नाम अमेरिकी विकासात्मक जीवविज्ञानी गैरी स्ट्रुहल के सम्मान में रखा गया था, जिन्होंने यह प्रदर्शित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई थी कि डिकैपेंटाप्लेजिक और पंखहीन जीन प्रोटीन को एनकोड करते हैं जो ड्रोसोफिला विकास के समय मॉर्फोजेन के रूप में कार्य करते हैं।