কোষ চক্রে জৈবরাসায়নিক সুইচ

একগুচ্ছ জৈবরাসায়নিক সুইচ কোষচক্রের বিভিন্ন দশার মধ্যকার এবং অভ্যন্তরীণ রূপান্তরগুলো নিয়ন্ত্রণ করে। কোষচক্র হলো কতগুলো জটিল, সুশৃঙ্খল এবং ক্রমিক ঘটনার সমষ্টি যা একটি কোষের বিভাজিত হয়ে দুটি কোষে পরিণত হওয়া নিয়ন্ত্রণ করে এবং এতে বেশ কিছু ভিন্ন ভিন্ন দশা অন্তর্ভুক্ত থাকে। এই দশাগুলোর মধ্যে রয়েছে G1 এবং G2 দশা, ডিএনএ প্রতিলিপন বা S দশা এবং কোষ বিভাজনের মূল প্রক্রিয়া মাইটোসিস বা M দশা।Morgan D. (2006), The Cell Cycle: Principles of Control, OUP/New Science Press M দশায় ক্রোমোজোমগুলো পৃথক হয় এবং সাইটোকাইনেসিস ঘটে।

এই সুইচগুলো কোষচক্রের সুশৃঙ্খল অগ্রগতি বজায় রাখে এবং চেকপয়েন্ট হিসেবে কাজ করে, যাতে পরবর্তী দশায় যাওয়ার আগে প্রতিটি দশা সঠিকভাবে সম্পন্ন হয়েছে কি না তা নিশ্চিত করা যায়। উদাহরণস্বরূপ, সিডিকে বা সাইক্লিন ডিপেন্ডেন্ট কাইনেজ হলো কোষচক্রের একটি প্রধান নিয়ন্ত্রণকারী সুইচ এবং এটি প্রোটিন সাবস্ট্রেটে ফসফেট যুক্ত করার মাধ্যমে কোষকে G1 থেকে S অথবা G2 থেকে M দশায় যেতে সাহায্য করে। গবেষণায় দেখা গেছে যে, এই ধরনের বহু-উপাদান বিশিষ্ট (একাধিক আন্তঃসংযুক্ত প্রোটিন জড়িত) সুইচগুলো জোরালো এবং অপরিবর্তনীয় রূপান্তর তৈরি করে এবং স্থিতিশীল স্পন্দন (কম্পন) শুরু করতে পারে। ফলস্বরূপ, বর্তমানে এ নিয়ে ব্যাপক গবেষণা চলছে যা বোঝার চেষ্টা করছে যে কীভাবে এই ধরনের জটিল বৈশিষ্ট্যগুলো জৈবিক নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার সাথে যুক্ত থাকে।

 ফিডব্যাক লুপ 

অনেক জৈবিক সার্কিট এক বা একাধিক ফিডব্যাক বা প্রতিক্রিয়া লুপ ব্যবহারের মাধ্যমে জটিল ফলাফল তৈরি করে। জৈবরাসায়নিক ঘটনার একটি ক্রমে, ফিডব্যাক বলতে বোঝায় যখন সেই ক্রমের পরবর্তী কোনো উপাদান (পার্শ্ববর্তী ছবিতে B) পূর্ববর্তী কোনো উপাদানের (পার্শ্ববর্তী ছবিতে A) ওপর প্রভাব ফেলে ভবিষ্যতে নিজের উৎপাদন বা সক্রিয়করণকে (আউটপুট) প্রভাবিত করে। যদি এই উপাদানটি নিজের আউটপুট বৃদ্ধিতে কাজ করে, তবে তাকে ধনাত্মক ফিডব্যাক (নীল তীর) বলা হয়। ধনাত্মক ফিডব্যাক লুপকে 'সেলফ-রিনফোর্সিং' লুপও বলা হয় এবং এই লুপগুলো কোনো বৃহত্তর লুপের অংশ হওয়া সম্ভব, যা রেগুলেটরি সার্কিটের একটি বৈশিষ্ট্য।
বিপরীতভাবে, যদি এই উপাদানটি পূর্ববর্তী উপাদানের মাধ্যমে নিজের বাধা বা দমনের কারণ হয়, তবে তাকে ঋণাত্মক ফিডব্যাক (লাল ভোঁতা তীর) বলা হয়। ঋণাত্মক ফিডব্যাক লুপকে 'ব্যালেন্সিং লুপ' ও বলা হয়। কোনো সিস্টেমে যখন একটি বিলম্বিত ঋণাত্মক ফিডব্যাক সংকেত হোমিওস্ট্যাটিক ভারসাম্য বজায় রাখতে ব্যবহৃত হয়, তখন সেখানে স্পন্দন বা দোলন দেখা যাওয়া সাধারণ বিষয়।

ফিডব্যাক লুপগুলো বিবর্ধন (ধনাত্মক) বা স্ব-সংশোধন (ঋণাত্মক) করার জন্য ব্যবহৃত হতে পারে। ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক ফিডব্যাক লুপের সঠিক সমন্বয় অতিসংবেদনশীলতা এবং দ্বি-স্থিতিশীলতা  তৈরি করতে পারে, যা পরবর্তীতে সিদ্ধান্তমূলক রূপান্তর এবং স্পন্দন তৈরি করতে সক্ষম।

 ধনাত্মক ও ঋণাত্মক ফিডব্যাক লুপের সমন্বয় 
ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক ফিডব্যাক লুপগুলো সব সময় আলাদাভাবে কাজ করে না। জৈবরাসায়নিক সুইচের ক্রিয়াকলাপে তারা একসাথে কাজ করে একটি নমনীয় ব্যবস্থা তৈরি করে। উদাহরণস্বরূপ, ফিউটি ও কানেকোর (২০০৯) মতে, জৈবরাসায়নিক ব্যবস্থার ত্রুটিগুলো কাটিয়ে উঠতে ধনাত্মক রেগুলেটরি লুপগুলো ঋণাত্মক রেগুলেটরি লুপের সাথে মিথস্ক্রিয়া করে স্থিতিশীল অবস্থা থেকে মুক্তি সহজতর করতে পারে। দুটি স্থিতিশীল অবস্থার সহাবস্থানকে দ্বি-স্থিতিশীলতা বলা হয়, যা প্রায়শই ধনাত্মক ফিডব্যাক নিয়ন্ত্রণের ফলাফল।

একাধিক ঋণাত্মক এবং ধনাত্মক ফিডব্যাক লুপের মিথস্ক্রিয়ার একটি উদাহরণ হলো সাইক্লিন-ডিপেন্ডেন্ট প্রোটিন কাইনেজ বা সিডিকেএস১৪ এর সক্রিয়করণ। ধনাত্মক ফিডব্যাক লুপগুলো কোষকে নিম্ন থেকে উচ্চ সিডিকে সক্রিয়তায় রূপান্তর করতে ভূমিকা পালন করে। মাইটোসিসের সময় এই দুই ধরনের লুপের মিথস্ক্রিয়া স্পষ্ট হয়ে ওঠে। যখন ধনাত্মক ফিডব্যাক মাইটোসিস শুরু করে, তখন একটি ঋণাত্মক ফিডব্যাক লুপ 'অ্যানাফেজ-প্রমোটিং কমপ্লেক্স' এর মাধ্যমে সাইক্লিন-ডিপেন্ডেন্ট কাইনেজগুলোকে নিষ্ক্রিয় করতে সাহায্য করে। এই উদাহরণটি কোষচক্র নিয়ন্ত্রণে ধনাত্মক ও ঋণাত্মক ফিডব্যাক লুপের সম্মিলিত প্রভাব স্পষ্টভাবে প্রদর্শন করে।

 অতিসংবেদনশীলতা 

উদ্দীপনার প্রতি একটি "সব-অথবা-কিছুই-না" সাড়াকে অতিসংবেদনশীলতা বলা হয়। অন্য কথায়, উদ্দীপনার খুব সামান্য পরিবর্তন সাড়ার ক্ষেত্রে ব্যাপক পরিবর্তন ঘটায়, যা একটি সিগময়েড আকৃতির ডোজ-রেসপন্স বক্ররেখা তৈরি করে। অতিসংবেদনশীল সাড়াকে সাধারণ সমীকরণ V = Sn/(Sn + Km) দ্বারা ব্যাখ্যা করা হয়, যা হিল সমীকরণ নামে পরিচিত (যখন n বা হিল সহগ ১ এর বেশি হয়)। সিগময়েড বক্ররেখার খাড়াতা n এর মানের ওপর নির্ভর করে। n = ১ হলে এটি একটি হাইপারবোলিক বা মাইকেলিয়ান সাড়া তৈরি করে। বিভিন্ন সিস্টেমে অতিসংবেদনশীলতা দেখা যায়; এর একটি উল্লেখযোগ্য উদাহরণ হলো হিমোগ্লোবিন এনজাইমের তার সাবস্ট্রেটের সাথে সহযোগিতামূলক বন্ধন। যেহেতু অতিসংবেদনশীল সাড়া প্রায় 'ডিজিটাল', এটি উদ্দীপনার প্রতি সাড়া বিবর্ধিত করতে বা একটি স্পষ্ট এবং দ্রুত রূপান্তর (যেমন 'বন্ধ' থেকে 'চালু' অবস্থা) ঘটাতে ব্যবহার করা যেতে পারে।

কোষচক্র নিয়ন্ত্রণে অতিসংবেদনশীলতা বড় ভূমিকা পালন করে। উদাহরণস্বরূপ, সিডিকে১ এবং উই১ হলো মাইটোটিক নিয়ন্ত্রক এবং তারা ইনহিবিটরি ফসফোরিলেশনের মাধ্যমে একে অপরকে নিষ্ক্রিয় করতে সক্ষম। এটি একটি দ্বিগুণ ঋণাত্মক ফিডব্যাক লুপের প্রতিনিধিত্ব করে যেখানে উভয় নিয়ন্ত্রক একে অপরকে নিষ্ক্রিয় করে। কিম এবং সহযোগীদের (২০০৭) মতে, একটি দ্বি-স্থিতিশীল সাড়া তৈরি করতে একটি অতিসংবেদনশীল উপাদান থাকা আবশ্যক। দেখা গেছে যে, উই১ এর সিডিকে১ এর প্রতি একটি অতিসংবেদনশীল সাড়া রয়েছে এবং এটি সম্ভবত উই১ এর বিভিন্ন ফসফোরিলেশন সাইটগুলোর মধ্যে সাবস্ট্রেট প্রতিযোগিতার কারণে উদ্ভূত হয়।

 দ্বি-স্থিতিশীলতা 

দ্বি-স্থিতিশীলতা হিস্টেরেসিস এবং বহু-স্থিতিশীলতাকে নির্দেশ করে। বহু-স্থিতিশীলতা বলতে একটি নির্দিষ্ট ইনপুটের জন্য দুই বা ততোধিক স্থিতিশীল অবস্থার উপস্থিতি বোঝায়। অতএব, দ্বি-স্থিতিশীলতা হলো একটি সিস্টেমের দুটি সুস্থিত অবস্থায় বিদ্যমান থাকার ক্ষমতা।Strogatz S.H. (1994), Nonlinear Dynamics and Chaos, Perseus Books Publishing অন্য কথায়, উদ্দীপনার এমন একটি পরিসীমা থাকে যার জন্য সাড়ার দুটি সুস্থিত মান থাকতে পারে। দ্বি-স্থিতিশীলতার সাথে হিস্টেরেসিস যুক্ত থাকে, যার অর্থ হলো সিস্টেমটি তার ইতিহাসের ওপর নির্ভর করে দুটি সুস্থিত অবস্থার মধ্যে যেকোনো একটির দিকে অগ্রাধিকারমূলকভাবে ধাবিত হয়। দ্বি-স্থিতিশীলতার জন্য ফিডব্যাক এবং একটি অতিসংবেদনশীল সার্কিট উপাদানের প্রয়োজন হয়।

সঠিক পরিস্থিতিতে, ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক ফিডব্যাক লুপগুলো দ্বি-স্থিতিশীলতার শর্ত পূরণ করতে পারে; যেমন সার্কিটের মধ্যে একটি অতিসংবেদনশীল রেসপন্স উপাদানের সাথে ধনাত্মক ফিডব্যাক যুক্ত করা। একটি হিস্টেরেটিক দ্বি-স্থিতিশীল সিস্টেম একটি শক্তিশালী রিভার্সিবল সুইচ হিসেবে কাজ করতে পারে কারণ সিস্টেমের জন্য 'চালু' এবং 'বন্ধ' অবস্থার মধ্যে রূপান্তর করা তুলনামূলক কঠিন। সিস্টেমটিকে এমনভাবে সাজানো যেতে পারে যাতে রূপান্তরগুলোর একটি শারীরিকভাবে অসম্ভব হয়ে পড়ে; যেমন একবার 'চালু' অবস্থায় চলে গেলে উদ্দীপনা কমিয়েও সিস্টেমটিকে আর 'বন্ধ' অবস্থায় ফিরিয়ে আনা যাবে না। এটি একটি শক্তিশালী অপরিবর্তনীয় সুইচ গঠন করে। কীভাবে একটি সাধারণ জৈবিক সুইচ ডিজাইন করা যায় তা একটি কনফারেন্স পেপারে বর্ণিত হয়েছে। https://dr.ntu.edu.sg/handle/10356/83213

নেটওয়ার্ক টপোলজির সাথে ইনপুট-আউটপুট সম্পর্কের কোনো এক-টু-এক মিল নেই, কারণ অনেক নেটওয়ার্কের ইনপুট এবং আউটপুট সম্পর্ক একই রকম হতে পারে। একটি নেটওয়ার্ক টপোলজি ইনপুট বা আউটপুট নির্ধারণ করে না, এবং একইভাবে ইনপুট বা আউটপুটও নেটওয়ার্ক টপোলজি নির্ধারণ করে না। এই কারণেই সার্কিটের কাজের জন্য প্যারামিটারাইজেশন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। যদি ইনপুটের গতিশীলতা সিস্টেমের প্রতিক্রিয়ার চেয়ে তুলনীয় বা দ্রুত হয়, তবে প্রতিক্রিয়াটি হিস্টেরেটিক বলে মনে হতে পারে।

নিচে তিনটি কোষচক্র সুইচের বর্ণনা দেওয়া হয়েছে যা উপরে বর্ণিত কিছু প্রক্রিয়া ব্যবহারের মাধ্যমে আকস্মিক এবং/অথবা অপরিবর্তনীয় রূপান্তর সম্পন্ন করে।

 G1/S সুইচ 

G1/S রূপান্তর, যা বাডিং ইস্টের ক্ষেত্রে 'স্টার্ট চেকপয়েন্ট' (অন্যান্য জীবে রেস্ট্রিকশন পয়েন্ট) নামে পরিচিত, কোষচক্রের প্রতিশ্রুতি নিয়ন্ত্রণ করে। এই চেকপয়েন্টে কোষগুলো হয় ডিএনএ প্রতিলিপনের আগে থেমে যায় (পুষ্টির অভাব বা ফেরোমন সংকেতের কারণে), G1 দশাকে দীর্ঘায়িত করে (আকার নিয়ন্ত্রণের জন্য), অথবা প্রতিলিপন শুরু করে কোষচক্রের বাকি অংশে এগিয়ে যায়। বাডিং ইস্টের G1/S রেগুলেটরি নেটওয়ার্কে G1 সাইক্লিন Cln1, Cln2 এবং Cln3, Cdc28 (Cdk1), ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টর SBF ও MBF এবং ট্রান্সক্রিপশনাল ইনহিবিটর Whi5 অন্তর্ভুক্ত। Cln3, Cdk1 এর সাথে মিথস্ক্রিয়া করে এসবিএফ, এমবিএফ এবং Whi5 সহ বিপুল সংখ্যক লক্ষ্যবস্তুকে ফসফোরিলেটেড করার মাধ্যমে ঘটনার ক্রম শুরু করে। Whi5 এর ফসফোরিলেশন একে নিউক্লিয়াস থেকে বাইরে পাঠিয়ে দেয়, ফলে এটি আর এসবিএফ এবং এমবিএফকে বাধা দিতে পারে না। সক্রিয় এসবিএফ/এমবিএফ বি-টাইপ সাইক্লিনগুলো চালু করে এবং ডিএনএ প্রতিলিপন, বাড গঠন এবং স্পিন্ডল বডি দ্বিগুণ করার মাধ্যমে G1/S রূপান্তরকে ত্বরান্বিত করে। অধিকন্তু, এসবিএফ/এমবিএফ Cln1 এবং Cln2 এর প্রকাশ ঘটায়, যা Cdk1 এর সাথে মিথস্ক্রিয়া করে লক্ষ্যবস্তুর ফসফোরিলেশনকে আরও বাড়িয়ে দেয়।

প্রাথমিকভাবে মনে করা হয়েছিল যে এই G1/S সুইচটি Cln3 থেকে শুরু হয়ে S দশা পর্যন্ত একটি রৈখিক প্রক্রিয়া হিসেবে কাজ করে। তবে পর্যবেক্ষণে দেখা গেছে যে, যেকোনো একটি Cln এই নেটওয়ার্কটি সক্রিয় করার জন্য যথেষ্ট, যা ইঙ্গিত দেয় যে Cln1 এবং Cln2 তাদের নিজস্ব ট্রান্সক্রিপশন সক্রিয় করতে ধনাত্মক ফিডব্যাক ব্যবহার করতে পারে। এর ফলে একটি নিরন্তর ত্বরান্বিত চক্র তৈরি হয় যা একটি অপরিবর্তনীয় দ্বি-স্থিতিশীল ট্রিগার হিসেবে কাজ করতে পারে। স্কটহেইম এবং সহযোগীরা বাডিং ইস্টে একক-কোষ পরিমাপ ব্যবহার করে দেখিয়েছেন যে এই ধনাত্মক ফিডব্যাক আসলেই ঘটে। সামান্য পরিমাণ Cln3 থেকে Cln1/2 প্রকাশ শুরু হয় এবং এরপর ফিডব্যাক লুপটি দায়িত্ব নেয়, যার ফলে নিউক্লিয়াস থেকে Whi5 দ্রুত বেরিয়ে আসে এবং ফলস্বরূপ G1/S রেগুলেটরি জিনগুলোর সুসংগত প্রকাশ ঘটে। সুসংগত জিন প্রকাশের অভাবে কোষগুলোর G1 দশা থেকে বের হতে বেশি সময় লাগে এবং একটি উল্লেখযোগ্য অংশ এমনকি S দশার আগেই থেমে যায়, যা G1/S সুইচকে কার্যকর করতে ধনাত্মক ফিডব্যাকের গুরুত্ব তুলে ধরে।

G1/S কোষচক্র চেকপয়েন্ট ইউক্যারিওটিক কোষের প্রথম গ্যাপ দশা (G1) থেকে ডিএনএ সংশ্লেষণ দশায় (S) প্রবেশ নিয়ন্ত্রণ করে। স্তন্যপায়ী কোষের এই সুইচে দুটি কোষচক্র কাইনেজ এই চেকপয়েন্ট নিয়ন্ত্রণে সাহায্য করে: CDK4/6-সাইক্লিন D এবং CDK2-সাইক্লিন E। Rb এবং E2F সম্বলিত ট্রান্সক্রিপশন কমপ্লেক্স এই চেকপয়েন্ট নিয়ন্ত্রণে গুরুত্বপূর্ণ। প্রথম গ্যাপ দশায়, Rb-HDAC রিপ্রেসার কমপ্লেক্স E2F-DP1 ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টরের সাথে যুক্ত থাকে, ফলে পরবর্তী ট্রান্সক্রিপশন বাধাগ্রস্ত হয়। CDK4/6 এবং CDK2 দ্বারা Rb এর ফসফোরিলেশন Rb-রিপ্রেসার কমপ্লেক্সকে পৃথক করে দেয় এবং কোষচক্রের জন্য একটি 'অন/অফ' সুইচ হিসেবে কাজ করে। একবার Rb ফসফোরিলেটেড হলে, E2F এর ট্রান্সক্রিপশন কার্যকলাপে বাধা দূর হয়। এটি S দশার জিনগুলোর ট্রান্সক্রিপশনের অনুমতি দেয় যা প্রোটিন তৈরি করে G1 থেকে S দশার রূপান্তরকে বিবর্ধিত করে।

টিজিএফবি, ডিএনএ ক্ষতি, কন্টাক্ট ইনহিবিশন এবং গ্রোথ ফ্যাক্টর প্রত্যাহার সহ অনেক উদ্দীপনা চেকপয়েন্ট নিয়ন্ত্রণ প্রয়োগ করে। প্রথম চারটি INK4 বা Kip/Cip পরিবারের কোষচক্র কাইনেজ ইনহিবিটরদের প্ররোচিত করার মাধ্যমে কাজ করে। টিজিএফবি কোষচক্র কাইনেজ সক্রিয়কারী ফসফ্যাটেজ Cdc25A এর ট্রান্সক্রিপশনকে বাধা দেয় এবং গ্রোথ ফ্যাক্টর প্রত্যাহার GSK3b কে সক্রিয় করে, যা সাইক্লিন D কে ফসফোরিলেটেড করে। এর ফলে এটি দ্রুত ধ্বংসপ্রাপ্ত হয়।

 G2/M সুইচ 
G2 দশা শুরু হয় E2F এর মাধ্যমে সাইক্লিন A এর ট্রান্সক্রিপশনের দ্বারা, যা সাইক্লিন A-Cdk2 কমপ্লেক্স গঠন করে। মাইটোসিসে প্রবেশের জন্য সাইক্লিন B-Cdk1 কমপ্লেক্স (যা প্রথম এমপিএফ  বা M ফেজ প্রোমোটিং ফ্যাক্টর হিসেবে আবিষ্কৃত হয়েছিল; Cdk1 ফিশন ইস্টে Cdc2 এবং বাডিং ইস্টে Cdc28 নামেও পরিচিত) Cdc25 নামক একটি প্রোটিন ফসফ্যাটেজ দ্বারা সক্রিয় হয়। মাইটোসিস শুরু হওয়ার সাথে সাথে নিউক্লিয়ার এনভেলপ বা নিউক্লিয় পর্দা বিলুপ্ত হয়, ক্রোমোজোমগুলো ঘনীভূত ও দৃশ্যমান হয় এবং কোষ বিভাজনের জন্য প্রস্তুত হয়। সাইক্লিন B-Cdk1 সক্রিয়করণের ফলে নিউক্লিয়ার পর্দা ভেঙে যায়, যা মাইটোসিস শুরুর একটি প্রধান বৈশিষ্ট্য।

সাইক্লিন B-Cdk1 কমপ্লেক্স এমন একটি রেগুলেটরি সার্কিটের অংশ যেখানে Cdk1 তার সক্রিয়কারী Cdc25-কে ফসফোরিলেটেড এবং সক্রিয় করতে পারে (ধনাত্মক ফিডব্যাক), এবং তার নিষ্ক্রিয়কারী কাইনেজ Wee1-কে ফসফোরিলেটেড করে নিষ্ক্রিয় করতে পারে (দ্বিগুণ-ঋণাত্মক ফিডব্যাক)। এই সার্কিটটি একটি দ্বি-স্থিতিশীল ট্রিগার হিসেবে কাজ করতে পারে যেখানে G2 দশায় একটি স্থিতিশীল অবস্থা (Cdk1 এবং Cdc25 বন্ধ, Wee1 চালু) এবং M দশায় দ্বিতীয় একটি স্থিতিশীল অবস্থা (Cdk1 এবং Cdc25 সক্রিয়, Wee1 বন্ধ) থাকে। তবে, Wee1 নিজেও অন্যান্য উপাদান যেমন Cdr2 দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়।

জিন এবং সহযোগীরা (১৯৯৮) মানুষের হিলা সেল লাইনে তাদের গবেষণায় প্রস্তাব করেছিলেন যে, কোষের ভেতর সাইক্লিন B এর অবস্থানই মাইটোসিস শুরু করে। পূর্ববর্তী গবেষণা থেকে জানা গেছে যে, কোষ বিভাজনহীন অবস্থায় সাইক্লিন B1 সাইটোপ্লাজমে প্রচুর পরিমাণে থাকে, কিন্তু মাইটোসিসে প্রবেশের ঠিক আগে এটি Cdk1 এর সাথে যুক্ত হয়ে নিউক্লিয়াসে দেখা যায়। অন্যান্য গবেষকরা দেখিয়েছেন যে সাইক্লিন B সাইটোপ্লাজমে থাকলে কোষ বিভাজিত হয় না। সাইক্লিন B এর অবস্থানের প্রভাব আরও পরীক্ষা করার জন্য জিন এবং সহযোগীরা সাইক্লিন B কে একটি নিউক্লিয়ার লোকালাইজেশন সিগন্যাল (এনএলএস) দিয়ে চিহ্নিত করেন যাতে এটি নিউক্লিয়াসের ভেতরেই থাকে। প্রাথমিকভাবে, এই এনএলএস সাইক্লিন B প্রত্যাশিত দ্রুত মাইটোসিস শুরু করতে পারেনি। এর কারণ ছিল নিউক্লিয়াসে থাকা Wee1 ইনহিবিটর, যা সাইক্লিন B-Cdk1 কমপ্লেক্সকে ফসফোরিলেটেড করে নিষ্ক্রিয় করে দিচ্ছিল। যখন তারা Cdk1 এর একটি মিউট্যান্ট সংস্করণ Cdc2AF ব্যবহার করেন যা ফসফোরিলেটেড হতে পারে না, তখন নিউক্লিয়াসে সাইক্লিন B এর অবস্থানের কারণে দ্রুত কোষ বিভাজন শুরু হতে দেখা যায়। অতএব, সাইক্লিন B এর নিউক্লিয়াসে অবস্থান মাইটোসিসের জন্য প্রয়োজনীয় হলেও তা একা যথেষ্ট নয়।

ডিএনএ ক্ষতিগ্রস্ত কোষগুলোতে সাইক্লিন B এর অবস্থান পরীক্ষা করে জিন এবং সহযোগীরা দেখেন যে, যদি সাইক্লিন B কে জোরপূর্বক নিউক্লিয়াসে রাখা হয়, তবে ডিএনএ ক্ষতি থাকা সত্ত্বেও কোষ বিভাজিত হয়। এটি ইঙ্গিত দেয় যে সাইক্লিন B এর অবস্থান মাইটোসিসের চেকপয়েন্ট হিসেবে কাজ করতে পারে। স্বাভাবিক অবস্থায় ডিএনএ ক্ষতিগ্রস্ত হলে কোষ বিভাজিত হয় না, কারণ সাইক্লিন B তখন সাইটোপ্লাজমে থাকে। এটি একটি সুরক্ষা ব্যবস্থা যা অপরিণত কোষ বিভাজন রোধ করে। এই হাইপোথিসিসটি আরও সমর্থিত হয় যখন দেখা যায় যে ডিএনএ ক্ষতির কারণে G2 দশায় আটকে থাকা কোষগুলোর সাইটোপ্লাজমে উচ্চ মাত্রায় সাইক্লিন B-Cdc2 কমপ্লেক্স সক্রিয় থাকে। অর্থাৎ, Cdc2 নিউক্লিয়াসে না গিয়েও সাইক্লিনকে সক্রিয় করতে পারে, কিন্তু মাইটোসিস শুরুর জন্য তাকে অবশ্যই নিউক্লিয়াসে প্রবেশ করতে হবে।

উপসংহারে বলা যায়, সাইক্লিন B এর নিউক্লিয়াসে অবস্থান মাইটোসিস শুরুর জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। সাইটোপ্লাজম থেকে নিউক্লিয়াসে এর স্থানান্তর কোষ বিভাজনের জন্য প্রয়োজনীয়, তবে এর ইনহিবিটরগুলো অকাল বিভাজন রোধ করে। এছাড়া ডিএনএ ক্ষতিগ্রস্ত হলে সাইক্লিন B সাইটোপ্লাজমেই থেকে যায়, যা কোষকে মাইটোসিসে প্রবেশ করতে বাধা দেয়। গবেষকদের পরবর্তী প্রশ্ন ছিল, এই স্থানান্তর প্রক্রিয়াটি কীভাবে নিয়ন্ত্রিত হয়।

সান্তোস এবং সহযোগীরা (২০১২) ধারণা করেছিলেন যে সাইক্লিন B এর স্থানান্তর একটি ধনাত্মক ফিডব্যাক প্রক্রিয়ার মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত হয়। তারা বিশ্বাস করতেন যে এই লুপটিতে সাইক্লিন B এর ফসফোরিলেশন এবং নিউক্লিয়াসে এর স্থানান্তর জড়িত। ইমিউনোফ্লোরোসেন্স ব্যবহার করে তারা দেখেন যে সক্রিয় নিউক্লিয়ার সাইক্লিন সাইটোপ্লাজম থেকে আরও সাইক্লিনকে নিউক্লিয়াসে আসার জন্য প্ররোচিত করে। তারা র‍্যাপামাইসিন ট্রিটমেন্ট (iRap) ব্যবহার করে দেখিয়েছেন যে কৃত্রিমভাবে পাঠানো সাইক্লিন B এর সাথে সাথে সাধারণ সাইক্লিনও নিউক্লিয়াসে চলে আসে। এটি প্রমাণ করে যে নিউক্লিয়াসে সাইক্লিন B এর অবস্থান মাইটোসিস শুরু করার পাশাপাশি আরও সাইক্লিন স্থানান্তরে উৎসাহিত করে, যা একটি ধনাত্মক ফিডব্যাক লুপ তৈরি করে।

সান্তোস এবং সহযোগীরা আরও লক্ষ্য করেন যে সাইক্লিন B এর ফসফোরিলেশন নিউক্লিয়াসে স্থানান্তরকে ত্বরান্বিত করে। আবার নিউক্লিয়াসে স্থানান্তর সাইক্লিনের ফসফোরিলেশনকেও বৃদ্ধি করে, কারণ নিউক্লিয়াসের আয়তন কম হওয়ায় সেখানে ফসফোরিলেশনের হার ১৯ গুণ বেশি হয়। ফসফোরিলেশনের কারণে স্থানান্তর বৃদ্ধি এবং স্থানান্তরের কারণে ফসফোরিলেশন বৃদ্ধি, এই চক্রটি সাইক্লিন B-Cdk1 কমপ্লেক্সকে দ্রুত সক্রিয় করে।

একবার মাইটোসিস শুরু হলে, সাইক্লিন B-Cdk1 অ্যানাফেজ-প্রমোটিং কমপ্লেক্স (এপিসি) কে সক্রিয় করে, যা সাইক্লিন B-কে ধ্বংস করার মাধ্যমে Cdk1-কে নিষ্ক্রিয় করে এবং অবশেষে মাইটোসিস থেকে প্রস্থান ঘটায়। এই দ্বি-স্থিতিশীল Cdk1 প্রতিক্রিয়া এবং এপিসির ঋণাত্মক ফিডব্যাকের সমন্বয় একটি রিল্যাক্সেশন অসিলেটর তৈরি করতে পারে, যা মাইটোসিস চক্রের তীব্র স্পন্দনগুলো নিয়ন্ত্রণ করে। কোষচক্রের পরবর্তী ধাপে যাওয়ার জন্য সাইক্লিন B-Cdk1 কমপ্লেক্সকে নিষ্ক্রিয় করা অপরিহার্য, যাতে কোষটি পুনরায় G1 দশায় ফিরে যেতে পারে।


২০০৩ সালে পোমেরেনিং এবং সহযোগীরা জেনোপাস ব্যাঙের ডিমের নির্যাস ব্যবহার করে Cdk1 সক্রিয়করণের ক্ষেত্রে হিস্টেরেসিস এবং দ্বি-স্থিতিশীলতার শক্তিশালী প্রমাণ প্রদান করেন। তারা দেখেছেন যে সাইক্লিন বিএর ঘনত্ব পরিবর্তনের ফলে Cdk1 এর সাড়ায় একটি আকস্মিক পরিবর্তন ঘটে। পরীক্ষাটি দুটি ভিন্ন অবস্থা থেকে শুরু করা হয়েছিল, একটি ইন্টারফেজ নির্যাস থেকে এবং অন্যটি মাইটোসিস নির্যাস থেকে। সাইক্লিনের নির্দিষ্ট ঘনত্বের জন্য দুটি ভিন্ন স্থিতিশীল অবস্থা পাওয়া গেছে, যা সিস্টেমের পূর্ববর্তী ইতিহাসের ওপর নির্ভরশীল ছিল। এটি কার্যকরভাবে হিস্টেরেসিস এবং দ্বি-স্থিতিশীলতা প্রমাণ করে।

একই বছরে শা এবং সহযোগীরা স্বাধীনভাবে একই সিদ্ধান্তে পৌঁছান। তারা নোভাক-টাইসন মডেলের তিনটি ভবিষ্যদ্বাণী পরীক্ষা করেন এবং নিশ্চিত করেন যে হিস্টেরেসিসই মাইটোসিসে প্রবেশ এবং প্রস্থানের মূল চালিকাশক্তি। তারা দেখেন যে মাইটোসিসে প্রবেশের জন্য প্রয়োজনীয় সাইক্লিনের ঘনত্ব প্রস্থানের জন্য প্রয়োজনীয় ঘনত্বের চেয়ে বেশি। এছাড়া ডিএনএ প্রতিলিপন না হলে মাইটোসিসে প্রবেশের জন্য আরও বেশি সাইক্লিনের প্রয়োজন হয়। এই পরীক্ষাগুলো কোষচক্রের সুইচ সদৃশ আচরণ প্রমাণ করে যা ডায়নামিক্যাল সিস্টেমে হিস্টেরেসিস দ্বারা ব্যাখ্যা করা যায়।Cooper, G. (2000), "The Cell: A Molecular Approach.", সংগৃহীত ২০ নভেম্বর ২০১০

 মেটাফেজ-অ্যানাফেজ সুইচ 

মেটাফেজ থেকে অ্যানাফেজ রূপান্তরের সময় এটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ যে সিস্টার ক্রোমাটিডগুলো সঠিকভাবে এবং একই সাথে কোষের বিপরীত প্রান্তে পৃথক হয়। সিস্টার ক্রোমাটিডগুলোর অকাল পৃথকীকরণ রোধ করার জন্য প্রাথমিকভাবে তাদের দৃঢ়ভাবে আটকে রাখা হয়, কিন্তু একবার তারা সঠিক অবস্থানে সজ্জিত হলে অ্যানাফেজ-প্রমোটিং কমপ্লেক্স (এপিসি) দ্বারা বাধাদানকারী উপাদানগুলো ধ্বংসের মাধ্যমে এই বাধা দূর হয়। এই বাধাদানকারী উপাদানগুলোর একটি হলো সেকিউরিন, যা কোহেসিন ধ্বংস হতে বাধা দেয়। কোহেশিন হলো সেই প্রোটিন কমপ্লেক্স যা সিস্টার ক্রোমাটিডগুলোকে একসাথে ধরে রাখে। এখানে Cdc14 ফসফ্যাটেজ সেকিউরিন থেকে একটি ফসফেট সরিয়ে ফেলে, যা এপিসিকে সেকিউরিন ধ্বংস করতে সাহায্য করে এবং ফলস্বরূপ সেপারেজ এনজাইম মুক্ত হয়। উলম্যান এবং সহযোগীরা দেখিয়েছেন যে ডিএনএ প্রতিলিপনের সময় এই কোহেশিন বন্ধন তৈরি হয় এবং এটি Scc1, Scc3, Smc2 এবং Smc3 সাব-ইউনিট দ্বারা গঠিত। ইস্টের ক্ষেত্রে মেটাফেজ থেকে অ্যানাফেজে যাওয়ার সময় Scc1 ক্রোমোজোম থেকে বিচ্ছিন্ন হয়ে যায় এবং সিস্টার ক্রোমাটিডগুলো পৃথক হয়। এই প্রক্রিয়াটি Esp1 প্রোটিন দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়।


হোল্ট এবং সহযোগীরা (২০০৮) দেখিয়েছেন যে সেপারেজ Cdc14-কে সক্রিয় করে, যা আবার সেকিউরিনের ওপর কাজ করে। এটি একটি ধনাত্মক ফিডব্যাক লুপ তৈরি করে যা মেটাফেজ থেকে অ্যানাফেজ রূপান্তরকে অত্যন্ত দ্রুত এবং সুসংগত করে তোলে। এই ধনাত্মক ফিডব্যাক তাত্ত্বিকভাবে একটি দ্বি-স্থিতিশীল অবস্থা তৈরি করতে পারে, যা কোষকে সিস্টার ক্রোমাটিড পৃথক করার জন্য একটি অপরিবর্তনীয় সিদ্ধান্ত নিতে বাধ্য করে।

 মাইটোসিস থেকে প্রস্থান 
মাইটোসিস থেকে প্রস্থান কোষচক্রের একটি গুরুত্বপূর্ণ রূপান্তর বিন্দু যা মাইটোসিসের সমাপ্তি এবং একটি নতুন G1 দশার সূচনা নির্দেশ করে। কোষকে এমন নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার ওপর নির্ভর করতে হয় যা নিশ্চিত করে যে একবার মাইটোসিস থেকে বের হয়ে গেলে, কোষটি G1, S এবং G2 দশা সফলভাবে সম্পন্ন না করে আর মাইটোসিসে ফিরে আসবে না। সাইক্লিন, সাইক্লিন-ডিপেন্ডেন্ট কাইনেজ (CDKs), ইউবিকুইটিন লিগেজ এবং ফসফোরিলেশন মাইটোসিস প্রস্থান নিয়ন্ত্রণ করে যাতে সব ঘটনা সঠিক ক্রমে এবং ন্যূনতম ত্রুটিতে ঘটে। স্পিন্ডল ভেঙে যাওয়া এবং ক্রোমোজোমের পৃথকীকরণ মাইটোসিস প্রস্থানের বৈশিষ্ট্য। একটি সাধারণ ইউক্যারিওটিক কোষের জন্য এই প্রস্থান অপরিবর্তনীয়।

 প্রোটিন বিশ্লেষণাত্মক ধ্বংস 
বাডিং ইস্ট বা স্যাকারোমাইসিস সেরেভিসিয়া এর ওপর ভিত্তি করে মাইটোসিস প্রস্থানের অপরিবর্তনীয়তা নিয়ে অনেক গবেষণা হয়েছে। এই তত্ত্বে অ্যানাফেজ প্রমোটিং কমপ্লেক্স (এপিসি) নামক ইউবিকুইটিন লিগেজ সাইক্লিন (Clb2) এবং অ্যানাফেজ-বাধাদানকারী উপাদানগুলো ধ্বংসের মাধ্যমে মাইটোসিস প্রস্থানকে ত্বরান্বিত করে।

সক্রিয় সেপারেজ কোহেশিনকে ভেঙে ফেলে সিস্টার ক্রোমাটিড পৃথক করে এবং নিউক্লিওলাস থেকে Cdc14 মুক্ত করার মাধ্যমে মাইটোসিস প্রস্থান শুরু করে। পরবর্তীতে Cdk1 এর মাত্রা কমে যাওয়া এবং Cdc14 এর সক্রিয়তা এপিসি-Cdh1 গঠনকে উৎসাহিত করে যা সাইক্লিন Clb2-কে ধ্বংস করে। প্রোটিনের এই ক্রমান্বয়ে ধ্বংস হওয়ার ফলে স্পিন্ডল লম্বা হওয়া এবং ক্রোমোজোম পৃথকীকরণ সম্ভব হয়। তবে গবেষণায় দেখা গেছে যে, বি-টাইপ সাইক্লিন ধ্বংস হওয়া মাইটোসিস প্রস্থানের একমাত্র কারণ নয়, বরং কাইনেজ ইনহিবিটরগুলোর একটি নির্দিষ্ট মাত্রায় পৌঁছানোও এক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

 Sic1 এর মাত্রা 
ইউক্যারিওটিক কোষচক্র নিয়ন্ত্রণে কাইনেজ ইনহিবিটরদের গুরুত্ব আবিষ্কৃত হয়েছে। বিশেষ করে বাডিং ইস্টে Sic1 নামক প্রোটিনের মাত্রা G1-S রূপান্তর এবং মাইটোসিস প্রস্থান উভয় ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। মাইটোসিসের সময় Cdk1 এর মাত্রা কমে গেলে Cdc14 সক্রিয় হয়, যা Sic1 এর উৎপাদন বাড়ায়। যখন Sic1 একটি নির্দিষ্ট উচ্চ মাত্রায় পৌঁছায়, তখন তা মাইটোসিস থেকে প্রস্থানের একটি অপরিবর্তনীয় ট্রিগার হিসেবে কাজ করে। এমনকি যদি সাইক্লিন ধ্বংস হওয়া বন্ধও করে দেওয়া হয়, তবুও Sic1 এর পর্যাপ্ত মাত্রা মাইটোসিস প্রস্থান শুরু করতে পারে।

 ডায়নামিক্যাল সিস্টেম পদ্ধতি 
ইউক্যারিওটিক কোষচক্রের জটিল জৈবিক সার্কিটগুলোকে ডায়নামিক্যাল সিস্টেম পদ্ধতির মাধ্যমে সহজভাবে বিশ্লেষণ করা সম্ভব। Sic1 এর মাত্রা এবং মাইটোসিস প্রস্থানের সম্পর্কটি একটি অপরিবর্তনীয় দ্বি-স্থিতিশীল সুইচের বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে। দ্বি-স্থিতিশীলতা মানে হলো একটি নির্দিষ্ট ইনপুটের জন্য সিস্টেমটি দুটি সুস্থিত অবস্থায় থাকতে পারে। এটি হিস্টেরেসিস প্রদর্শন করে, যার অর্থ হলো বর্তমান অবস্থা তার পূর্বের ইতিহাসের ওপর নির্ভর করে। মাইটোসিস প্রস্থানের ক্ষেত্রে, যখন Sic1 এর মাত্রা একটি নির্দিষ্ট সীমা  অতিক্রম করে, তখন কোষটি মাইটোসিস থেকে G1 দশায় অপরিবর্তনীয়ভাবে চলে যায়। জৈবিক জগতে এই ধরনের পরিবর্তনগুলোকে 'স্যাডল-নোড বাইফারকেশন' দিয়ে ব্যাখ্যা করা হয়।

 সিস্টেম-লেভেল ফিডব্যাক 
কোষচক্রের আচরণ যেহেতু Sic1 এর মাত্রার ওপর নির্ভর করে, তাই এর মাত্রা সিস্টেম-লেভেল ফিডব্যাক দ্বারা কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রিত হয়। Cdk1-Clb2 কমপ্লেক্স Sic1-কে ফসফোরিলেটেড করে ধ্বংস হতে সাহায্য করে। আবার এপিসি-Cdh1 যখন Cdk1-Clb2-কে ধ্বংস করে, তখন Sic1 এর মাত্রা বেড়ে যায়, যা আরও বেশি Cdk1-Clb2-কে বাধা দেয়। এই দ্বিগুণ ঋণাত্মক ফিডব্যাক লুপটি মাইটোসিস প্রস্থান নিশ্চিত করে। এখানে FEAR এবং (মাইটোটিক এক্সিট নেটওয়ার্ক - এমইএন) নামক পথগুলো Cdc14 এর মুক্তি এবং স্থায়িত্ব নিশ্চিত করার মাধ্যমে এই ফিডব্যাক লুপকে সচল রাখে।

 তাৎপর্য 
ইউক্যারিওটিক কোষচক্রের বিভিন্ন চেকপয়েন্ট এবং ফিডব্যাক লুপ সফল কোষ বিভাজন নিশ্চিত করে। উদাহরণস্বরূপ, ক্রোমোজোমগুলো স্পিন্ডলের সাথে সঠিকভাবে যুক্ত না হলে স্পিন্ডল অ্যাসেম্বলি চেকপয়েন্ট (এসএসি) সক্রিয় হয় এবং অ্যানাফেজ বিলম্বিত করে। Sic1 এর উদাহরণটি দেখায় কীভাবে সিস্টেম-লেভেল ফিডব্যাক পরিবেশগত অবস্থা বুঝে কোষচক্রের রূপান্তর ঘটায়। এই ডায়নামিক্যাল সিস্টেম পদ্ধতি ব্যবহার করে কোষচক্রের অন্যান্য অপরিবর্তনীয় রূপান্তর বিন্দু যেমন 'স্টার্ট' কেও ব্যাখ্যা করা সম্ভব, যা Cln2, Whi5 এবং এসবিএফ এর মধ্যকার ফিডব্যাক দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়।

 প্রাসঙ্গিক তথ্য 

সিডিসি২৫
কোষ জীববিজ্ঞান
কোষচক্র
কোষচক্র চেকপয়েন্ট
কোষচক্র গাণিতিক মডেল
মাইটোসিস
স্পিন্ডল চেকপয়েন্ট

 তথ্যসূত্র 

 বহিঃসংযোগ 
 Cells alive (সেলস অ্যালাইভ)
 কোষচক্র এবং সাইটোকাইনেসিস - বায়োকেমিস্ট্রি, মলিকুলার বায়োলজি এবং সেল বায়োলজির ভার্চুয়াল লাইব্রেরি
 কোষচক্র পোর্টাল
  কোষচক্র ওন্টোলজি
 সায়েন্স ক্রিয়েটিভ কোয়ার্টারলি-তে কোষচক্রের সংক্ষিপ্ত বর্ণনা

বিষয়শ্রেণী:কোষচক্র নিয়ন্ত্রক
বিষয়শ্রেণী:কোষীয় প্রক্রিয়া