Kinesin-like protein KIF11
કિનેસિન જેવા પ્રોટીન કેઆઇએફ11 એ મોલેક્યુલર મોટર પ્રોટીન છે જે માઇટોસિસમાં જરૂરી છે. મનુષ્યોમાં તેને જનીન કેઆઇએફ11 દ્વારા કોડેડ કરવામાં આવે છે. કિનેસિન જેવા પ્રોટીન કેઆઇએફ11 એ કિનેસિન સુપરફેમિલીનો સભ્ય છે, જે નેનોમોટર છે જે કોષમાં માઇક્રોટ્યુબ્યુલ ટ્રેક સાથે આગળ વધે છે. શોધના શરૂઆતના દિવસોમાં અભ્યાસોમાંથી નામ આપવામાં આવ્યું છે, તે આ કિનેસિન પરિવારના સ્થાપક સભ્યોના આધારે કિનેસિન-5, અથવા બિમસી, ઇજી 5 અથવા એન-2 તરીકે પણ ઓળખાય છે. હાલમાં, અનુક્રમ સમાનતા દ્વારા ઓળખાતા 70 થી વધુ વિવિધ યુકેરીયોટિક કિનેસિન-5 પ્રોટીન છે. આ પ્રોટીન પરિવારના સભ્યો વિવિધ પ્રકારની સ્પિન્ડલ ગતિશીલતામાં સામેલ હોવાનું અને માઇટોસિસ માટે જરૂરી હોવાનું જાણીતું છે. આ જનીન ઉત્પાદનના કાર્યમાં રંગસૂત્રની સ્થિતિ, સેન્ટ્રોસોમ વિભાજન અને સેલ મિટોસિસ દરમિયાન દ્વિધ્રુવી સ્પિન્ડલ સ્થાપિત કરવાનો સમાવેશ થાય છે. માનવ કિનેસિન-5 પ્રોટીનનો મિટોસિસમાં તેની ભૂમિકા અને કેન્સર માટે ઉપચારાત્મક લક્ષ્ય તરીકેની તેની ક્ષમતા માટે સક્રિયપણે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. ફંક્શન કેઆઇએફ11 (જેને કિનેસિન-5 અને ઇજી5 તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે) એક હોમોટેટ્રામર છે જે સ્પિન્ડલ દ્વિધ્રુવીયતા જાળવવા માટે માઇટોટિક સ્પિન્ડલમાં એન્ટિ-પેરેલલ માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સને ક્રોસ-લિંક કરે છે. મોટર ડોમેન અથવા મોટર હેડ એન-ટર્મિનસ પર હોય છે અને એટીપી હાઇડ્રોલિસિસ કરે છે અને માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સ સાથે જોડાય છે. કિનેસિન-5 મોટર્સ દ્વિધ્રુવીય હોમોટેટ્રામેરિક માળખામાં ભેગા થાય છે જે વિરોધી સમાંતર લક્ષી માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સના બંડલને અલગ કરવા માટે સક્ષમ છે. આ મોટર મોટાભાગના સજીવોમાં માઇટોસિસ માટે જરૂરી છે, જેમાં તે માઇક્રોટ્યુબ્યુલ-આધારિત માઇટોટિક સ્પિન્ડલની સ્વ-એસેમ્બલીમાં ભાગ લે છે, પરંતુ અન્યથા કોષની સદ્ધરતા માટે જરૂરી નથી. મોટર સ્તનધારી ચેતાકોષીય પ્રક્રિયાઓના યોગ્ય વિકાસમાં પણ ભૂમિકા ભજવી શકે છે, જેમાં વૃદ્ધિ શંકુ નેવિગેશન અને વિસ્તરણનો સમાવેશ થાય છે. માઇટોસિસમાં કાર્ય મોટાભાગના યુકેરીયોટિક કોષોમાં, કિનેસિન-5 એ પ્રોફેઝ અને પ્રોમેટાફેઝમાં વિરોધી લક્ષી માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સની જોડી વચ્ચે ક્રોસ-બ્રિજ બનાવે છે અને માઇટોટિક સ્પિન્ડલની રચના દરમિયાન ડુપ્લિકેટ સેન્ટ્રોસોમ્સને અલગ કરે છે. આ સ્થિર-સ્થિતિ દ્વિધ્રુવી માઇક્રોટ્યુબ્યુલ સ્પિન્ડલ માળખાની સ્થાપનાને મંજૂરી આપે છે. પ્રાણીઓ, છોડ અને ફૂગ સહિત તપાસ કરાયેલા મોટાભાગના યુકેરીયોટિક સજીવોમાં માઇટોસિસની શરૂઆતથી કિનેસિન-5 કાર્યનું નુકસાન, માઇટોસિસની આપત્તિજનક નિષ્ફળતામાં પરિણમે છે. માઇટોસિસની શરૂઆત દરમિયાન આ મોટરનું કાર્ય નિર્ણાયક છે, જેમાં તેના કાર્યમાં ઘટાડો થવાથી સ્પિન્ડલ ધ્રુવોના પતન અથવા વ્યુત્ક્રમમાં પરિણમે છે, જે કેન્દ્રિય રીતે સ્થિત સેન્ટ્રોસોમ જોડીને પેરિફેરલ કન્ડેન્સ્ડ રંગસૂત્રો સાથે માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સની રેડિયલ એરે દ્વારા ફરતી રહે છે. આ અસરનો એક અપવાદ નેમાટોડ, સી. એલિગન્સની અંદર મિટોસિસ છે, જેમાં કિનેસિન-5 મિટોસિસ માટે સખત રીતે જરૂરી નથી, પરંતુ તેમ છતાં કોષ વિભાજનની એકંદર વફાદારી પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. કેન્સર કોષ રેખાઓ પર અગ્રણી ઈન વિટ્રો ફેનોટાઇપિક સ્ક્રિનિંગ દ્વારા માનવ કિનેસિન-5 ના નાના રાસાયણિક અવરોધકોની શોધથી નવા કેન્સર વિરોધી ઉપચારાત્મક એજન્ટો અને માઇક્રોટ્યુબ્યુલ મોટર પ્રોટીનની પદ્ધતિની તપાસ કરવા માટે નવીન સાધનો બંનેનો વિકાસ થયો છે. એલોસ્ટેરિક ઇન્હિબિટર્સની આ ટૂલકિટનો ઉપયોગ માઇટોટિક સ્પિન્ડલ એસેમ્બલીમાં કિનેસિન-5ની ચોક્કસ ભૂમિકા તેમજ મોટર ડોમેન ફંક્શનના ફાઇન ડિસેક્શનની તપાસ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો છે. આ કાર્ય દ્વારા એવું જાણવા મળ્યું હતું કે, સસ્તન પ્રાણીઓના કોષોમાં, પ્રોફેઝ અને પ્રોમેટાફેઝ દરમિયાન માઇટોટિક સ્પિન્ડલની પ્રારંભિક એસેમ્બલી માટે કિનેસિન-5 જરૂરી છે, પરંતુ મિટોસિસના એક રાઉન્ડ દરમિયાન અનુગામી એનાફેઝને પાર કરવા માટે તે ડિસ્પેન્સેબલ છે. ઉપરાંત, મોટર પર એલોસ્ટેરિક સાઇટ પર કિનેસિન-5 અવરોધકોનું બંધન એ પદ્ધતિમાં વિક્ષેપ પાડે છે જેના દ્વારા આ એન્ઝાઇમ એટીપી હાઇડ્રોલિસિસની રાસાયણિક ઊર્જાને ગતિશીલ માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સના યાંત્રિક કાર્યમાં રૂપાંતરિત કરે છે, આમ આ એન્ઝાઇમ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેની સમજ આપે છે. એવા ઘણા નમૂનાઓ છે જે માળખાકીય તત્વ તરીકે માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સ પર આધારિત માઇટોટિક સ્પિન્ડલની સ્વ-એસેમ્બલીને સમજાવવાનો પ્રયાસ કરે છે, અને તેમને ખસેડવા અને ઓર્ડર કરવા માટે કિનેસિન-5 સહિત માઇક્રોટ્યુબ્યુલ મોટર્સનો સમૂહ છે. આમાંના ઘણા નમૂનાઓ સ્પિન્ડલ માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સની સામે કામ કરતા મોટર દળોના અનુમાનિત સંતુલનના આધારે મેટાફેઝ પર સ્પિન્ડલની સ્થિર સ્થિતિને સમજાવવાનો પ્રયાસ કરે છે. તેમ છતાં, તે સ્પષ્ટ નથી કે સ્પિન્ડલ એસેમ્બલી માટે જરૂરી તમામ માળખાકીય ઘટકો જાણીતા છે કે કેમ, અથવા કિનેસિન-5 સહિત મોટરને જગ્યા અને સમયમાં કેવી રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય છે. આવી ચેતવણીઓ આવા નમૂનાઓનું મૂલ્યાંકન મુશ્કેલ બનાવે છે. જો કે, તાજેતરના ડેટામાં જાણવા મળ્યું છે કે 'બળ સંતુલન' મોડેલના પાસાઓ કે જે સ્પિન્ડલની લંબાઈ અને સ્થિરતાને માઈનસ-એન્ડ નિર્દેશિત માઇક્રોટ્યુબ્યુલ સ્લાઇડિંગ અને પ્લસ-એન્ડ નિર્દેશિત માઇક્રોટ્યુબ્યુલ સ્લાઇડિંગ વચ્ચે સંતુલન દ્વારા મધ્યસ્થી કરવા માટે જંતુના કોષોમાં મોટરનો વિરોધ કરે છે, તે સસ્તન પ્રાણીઓના કોષોમાં નથી લાગતું. માઇટોટિક સ્પિન્ડલની સ્વ-એસેમ્બલીની પ્રક્રિયા કોષ જીવવિજ્ઞાનમાં એક મોટો વણઉકેલાયેલો પ્રશ્ન છે, અને એક મજબૂત મોડેલ વિવિધ માઇક્રોટ્યુબ્યુલ મોટર્સ અને આ મશીનરીની રચના કરતા માળખાકીય તત્વોના નિયમન અને વર્તનની વધુ વિગતોની રાહ જુએ છે. ચેતાકોષોમાં કાર્ય જોકે કોષ વિભાજન દરમિયાન તમામ કોષોમાં કિનેસિન-5 જરૂરી છે, તે મોટાભાગના બિન-વિભાજિત કોષોના ચયાપચયમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવતું હોય તેવું લાગતું નથી. બિન-વિભાજિત કોષોમાં, કિનેસિન-5 ચેતાકોષોમાં સૌથી વધુ સમૃદ્ધ છે, જેમાં તે ચેતાક્ષ અને ડેંડ્રાઇટ્સમાં વિસ્તરેલા મોટા માઇક્રોટ્યુબ્યુલ બંડલ્સને શણગારે છે. તે દર્શાવવામાં આવ્યું છે, ઉદાહરણ તરીકે, કે ન્યુરોન્સ કિનેસિન-5 ના નોક-ડાઉનની પૃષ્ઠભૂમિમાં સંપૂર્ણપણે વ્યવહારુ રહે છે, પરંતુ તે ન્યુરોનલ વિકાસ અને મોર્ફોજેનેસિસમાં ફેરફારો થાય છે. ચેતાકોષોના વિકાસમાં કે. આઇ. એફ. 11ના ફાર્માકોલોજીકલ અવરોધ અને એસ. આઈ. આર. એન. એ. નોકડાઉનના પરિણામે લાંબા ચેતાક્ષ, વધુ શાખાઓ, ચેતાક્ષના ઓછા વળાંક અને વૃદ્ધિ શંકુની પ્રતિકારક સબસ્ટ્રેટ્સ સાથેના સંપર્કને ચાલુ કરવામાં અસમર્થતા થાય છે. સ્થળાંતર કરનારા ચેતાકોષોમાં, કેઆઇએફ11ના અવરોધને કારણે ચેતાકોષો અવ્યવસ્થિત રીતે સ્થળાંતર કરે છે અને ટૂંકી અગ્રણી પ્રક્રિયાઓ બનાવે છે. કેઆઇએફ15 અને કેઆઇએફ23ની જેમ કેઆઇએફ11, અક્ષતંતુ સાથે દ્વિ-દિશામાં આગળ વધતા ટૂંકા માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સના અવરોધક તરીકે કામ કરે છે, જે સાયટોપ્લાઝમિક ડાયનિન માટે વિરોધી રીતે બળનો ઉપયોગ કરે છે. પુખ્ત ચેતાકોષોમાં, કેઆઇએફ11 ડેંડ્રાઇટ્સમાં ટૂંકા માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સની હિલચાલને પ્રતિબંધિત કરે છે, જે ડેંડ્રાઇટ્સના લાક્ષણિક આકારની રચનામાં ફાળો આપે છે. કેઆઇએફ11 પુખ્ત પૃષ્ઠીય મૂળ ગેંગલિયન ચેતાકોષોમાં પણ વ્યક્ત થાય છે, જો કે તે ખૂબ ઓછા સ્તરે હોય છે. પુખ્ત ચેતાકોષોમાં તે ટૂંકા માઇક્રોટ્યુબ્યુલ પરિવહનના દરને રોકવા પર સમાન અસર કરે છે તેથી પુખ્ત કે. આઇ. એફ. 11 નું ફાર્માકોલોજીકલ અવરોધ અને એસ. આઈ. આર. એન. એ. નોકડાઉન પુખ્ત ચેતાક્ષ પુનર્જીવનના વૃદ્ધિ માટે સંભવિત ઉપચારાત્મક સાધન હોઈ શકે છે. જો કે, ન્યુરોજેનેસિસમાં કિનેસિન-5 માટે સ્પષ્ટ ભૂમિકા સ્પષ્ટ કરવાની બાકી છે. નોંધપાત્ર બાબત એ છે કે સંભવિત કેન્સર વિરોધી ઉપચાર માટે કિનેસિન-5 અવરોધકોના તાજેતરના તબક્કા I અથવા તબક્કા II પરીક્ષણોમાંથી પસાર થતા દર્દીઓમાં અસામાન્ય પેરિફેરલ ન્યુરોપેથી જોવા મળી નથી. કાર્યાત્મક નિયમન 1995 માં, કિનેસિન-5 તેની સી-ટર્મિનલ પૂંછડીની અંદર પોસ્ટ-ટ્રાન્સલેશનલી ફોસ્ફોરિલેટેડ હોવાનું નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું. એકવાર પ્રારંભિક પ્રોફેઝમાં આ અવશેષ પર કિનેસિન-5 ફોસ્ફોરિલેટેડ થઈ જાય, તે માઇટોટિક સ્પિન્ડલમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે જ્યાં તે માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સ સાથે જોડાય છે. 2008માં કિનેસિન-5ની પૂંછડી પર વધારાના ફોસ્ફોસાઇટની ઓળખ કરવામાં આવી હતી, જો કે, આ અવશેષો પર કુલ માઇક્રોટ્યુબ્યુલ-સંકળાયેલ કિનેસિન-5નો માત્ર 3 ટકા હિસ્સો ફોસ્ફોરિલેટેડ છે. જ્યારે કિનેસિન-5 પૂંછડી, દાંડી અને મોટરમાં વધારાના ફોસ્ફોસાઇટ્સ અથવા અન્ય અનુવાદ પછીના ફેરફારોની ઓળખ કરવામાં આવી છે, ત્યારે કિનેસિન-5 માટે મિટોસિસમાં તેના જરૂરી કાર્યો કરવા માટે અન્ય કોઈ ફેરફારો જરૂરી સાબિત થયા નથી. કિનેસિન-5 અન્ય પ્રોટીન સાથે સીધી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા પણ નિયંત્રિત થાય છે. માઇક્રોટ્યુબ્યુલ-સંકળાયેલ પ્રોટીન, ટી. પી. એક્સ. 2, મિટોસિસમાં કિનેસિન-5 સાથે સંકળાયેલું છે. માઇટોટિક સ્પિન્ડલમાં કિનેસિન-5 સ્થાનિકીકરણ માટે, સ્પિન્ડલને સ્થિર કરવા માટે અને સ્પિન્ડલ ધ્રુવને અલગ કરવા માટે તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા જરૂરી છે. કિનેસિન-5 ડાયનેક્ટિન સબ્યુનિટ પી150ગ્લુડ તેમજ વિવો અને ઈન વિટ્રોમાં અન્ય ઘણા કોષ ચક્ર સંબંધિત પ્રોટીન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે તેવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જો કે, કિનેસિન-5 સામાન્ય રીતે કાર્ય કરવા માટે તેમનું જોડાણ જરૂરી છે તેની પુષ્ટિ કરવા માટે વધારાના પ્રયોગોની જરૂર છે. મોલેક્યુલર મિકેનિઝમ ATP હાઇડ્રોલિસિસ Kinesin-5, તમામ મોટર પ્રોટીનની જેમ, પાણીના અણુનો ઉપયોગ કરીને ATP ને ADP અને અકાર્બનિક ફોસ્ફેટમાં તોડે છે, અને રાસાયણિક ઊર્જાને માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સ સાથે બળ અને ગતિમાં રૂપાંતરિત કરે છે. કાઇનેટિક પ્રયોગો ઉત્પ્રેરકોમાં મધ્યવર્તી પગલાં કેટલા ઝડપથી થાય છે તેના દર દર્શાવે છે અને કાઇનેસિન-5 કાઇનેટિક્સ પર અભ્યાસનો સૌથી વ્યાપક સમૂહ માનવ પ્રોટીન પર કરવામાં આવ્યો છે. એક્સ-રે ક્રિસ્ટલોગ્રાફી, ક્રાયો-ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી અને રીઅલ-ટાઇમ ઇન્ફ્રારેડ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ વિવિધ ઉત્પ્રેરક મધ્યવર્તી સ્થિતિઓમાં કિનેસિન-5ની રચનાને માપવા માટે કરવામાં આવ્યો છે. સેલ્યુલર ગતિ માટે જરૂરી મોટી હિલચાલમાં ઉત્પ્રેરક સક્રિય સાઇટમાં બાયોકેમિકલ ફેરફારોને રૂપાંતરિત કરવા અને વધારવા માટે ગૌણ માળખામાં ફેરફારો અથવા રચનાત્મક સ્વિચિંગ જરૂરી છે. ઉદાહરણ તરીકે, એટીપી હાઇડ્રોલિસિસનું પ્રથમ પગલું, જે પાણીના અણુ દ્વારા એટીપીના અંતિમ ફોસ્ફેટનો હુમલો છે, તે તાજેતરમાં કિનેસિન-5માં કોઈ પણ કિનેસિન પ્રોટીનમાં એક્સ-રે ક્રિસ્ટલોગ્રાફી દ્વારા જોવામાં આવ્યું ન હતું. આ સ્ફટિક માળખું દર્શાવે છે કે પાણીના એક નહીં પણ બે અણુઓ હતા અને તેઓ એકબીજા સાથે ગાઢ સંબંધ ધરાવે છે. વાસ્તવિક સમયમાં અને એક અલગ ઉપકુટુંબમાં કિનેસિન પ્રોટીનમાં કિનેસિન-5 ઉત્પ્રેરકને ટ્રેક કરવા માટે વૈકલ્પિક પદ્ધતિ દ્વારા બે-જળ ઉત્પ્રેરક મોડેલની દરખાસ્ત અને પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી. બે-જળ ઉત્પ્રેરક નમૂનાઓ પણ અલગ મોટર પ્રોટીન, માયોસિનમાં પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવે છે અને તેના સ્ફટિક માળખામાંના એકમાં પ્રાયોગિક રીતે અવલોકન કરવામાં આવે છે. યાંત્રિક ગુણધર્મો કિનેસિન-5 પરિવારનું સમાંતર ટેટ્રામેરિક વિરોધી સંગઠન મૂળભૂત રીતે અન્ય મોટાભાગના કિનેસિનથી અલગ છે જે ડાયમર્સ છે, જેમ કે સારી લાક્ષણિકતા ધરાવતા પરંપરાગત કિનેસિન-1 (કેઆઈએફ5બી). પરંપરાગત કિનેસિન એવી રીતે ડાઇમરાઇઝ થાય છે કે ઉત્પ્રેરક (હેડ) ડોમેન્સ સંકુલના એક છેડા પર એકસાથે હોય છે, જે માઇક્રોટ્યુબ્યુલ સાથે હાથથી હાથની હિલચાલને સરળ બનાવે છે જે સેલ્યુલર કાર્ગોના લાંબા અંતરના, નિર્દેશિત પરિવહનને સક્ષમ કરે છે. કિનેસિન-5 પ્રોટીનની અનન્ય એસેમ્બલી માત્ર એક અલગ સેલ્યુલર કાર્ય (ઉપર વર્ણવેલ એન્ટિપેરેલલ માઇક્રોટ્યુબ્યુલ સ્લાઇડિંગ) માટે પ્રોટીન સંકુલનું આયોજન કરતી નથી, પરંતુ ડાયમેરિક કિનેસિન માટે રચાયેલ શાસ્ત્રીય પ્રયોગોનો ઉપયોગ કરીને મોટરના યાંત્રિક ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરવાનું પણ મુશ્કેલ બનાવે છે. આ અવરોધોને કાં તો કિનેસિન-5ની ટેટ્રામેરિક રચનાનું વિશ્લેષણ કરવા માટે મૂળ પ્રયોગોને અપનાવીને અથવા પરંપરાગત કિનેસિન જેવા ડાયમર બનાવતા ટૂંકા કિનેસિન-5 પ્રોટીન સાથે કામ કરીને દૂર કરવામાં આવ્યા છે. કિનેસિન-5 ગતિશીલતાના વિશ્લેષણનું સૌથી નોંધપાત્ર પરિણામ એ છે કે તે 50 નેનોમીટર પ્રતિ સેકન્ડની રેન્જમાં વેગ સાથે ધીમું છે-પરંપરાગત કિનેસિન-1 કરતા લગભગ 10 ગણું ધીમું છે અને તે ખૂબ જ ઉચ્ચ સ્તરનું યાંત્રિક બળ પેદા કરી શકે છે. આ મૂલ્યો ત્રણ પ્રકારના પ્રાયોગિક ડેટામાંથી આવે છેઃ માઇક્રોટ્યુબ્યુલ ગ્લાઈડિંગ એસેઝ, સિંગલ મોલેક્યુલ મોબિલિટી એસેઝ અને ઓપ્ટિકલ ટ્રેપ એસેઝ. માઇક્રોટ્યુબ્યુલ ગ્લાઈડિંગ એસેઝમાં, કિનેસિન કાચની સપાટી સાથે જોડાયેલા હોય છે અને માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સ ટોચ પર મૂકવામાં આવે છે. મોટર કાચ સાથે જોડાયેલી હોવાથી, તેમનું ગતિશીલ વર્તન એન્કર કરેલા કાઇનસીનમાં માઇક્રોટ્યુબ્યુલની હિલચાલમાં પરિવર્તિત થાય છે, જે ભીડ સર્ફિંગ જેવું છે. આ પ્રયોગોએ આપણને કિનેસિન-5 ગતિશીલતાનું પ્રથમ વિશ્લેષણ આપ્યું. પહેલા કાચની સપાટી પર માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સને જોડીને, પછી દ્રાવણમાં મુક્ત માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સ સાથે કિનેસિન-5 ઉમેરીને, તે બતાવવા માટે માઇક્રોટ્યુબ્યુલ ગ્લાઈડિંગ એસેઝને અનુકૂળ કરવું શક્ય હતું કે કિનેસિન-5 બે માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સને ક્રોસ લિંક કરી શકે છે અને તેમને વિરુદ્ધ દિશામાં ખસેડી શકે છે. આ પ્રયોગ દર્શાવે છે કે કાઇનેસિન-5 ખરેખર માઇટોસિસમાં તેના માટે પ્રસ્તાવિત ભૂમિકા નિભાવવામાં સક્ષમ હતું-માઇટોટિક સ્પિન્ડલમાં વિરુદ્ધ દિશામાં માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સ સ્લાઇડિંગ. વ્યક્તિગત કિનેસિન-5 અણુઓની વર્તણૂકનો અભ્યાસ કરવા માટે, કાચની સપાટી પર માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સને જોડીને, પછી ફ્લોરોફોર સાથે જોડાયેલા કિનેસિન-5નું પાતળું દ્રાવણ ઉમેરીને એકલ પરમાણુ ગતિશીલતા પરીક્ષણો કરવામાં આવ્યા હતા. આ પ્રાયોગિક સુયોજન નિરીક્ષકને અલગ કાઇનેસિન-5 પરમાણુઓને અનુસરવા માટે સક્ષમ બનાવે છે કારણ કે તેઓ માઇક્રોટ્યુબ્યુલ સાથે "ચાલે છે", જે માત્ર વેગ વિશે જ નહીં, પણ પ્રક્રિયા વિશે પણ માહિતી પૂરી પાડે છે-કાઇનેસિનની માઇક્રોટ્યુબ્યુલ સાથે અલગ થયા વિના બહુવિધ પગલાં લેવાની ક્ષમતા. આ સેટઅપમાં કિનેસિન-5 એ દ્વિ-દિશા દર્શાવી છે. આમ તે બંને દિશામાં "ચાલી" શકે છે. દિશા બદલવાનું ઉચ્ચ ચોકસાઇ સાથે નિયંત્રિત કરવામાં આવે છે. એકલ પરમાણુ ગતિશીલતા પરીક્ષણોમાં, કિનેસિન-5 માટે વેગ માઇક્રોટ્યુબ્યુલ ગ્લાઈડિંગ પરીક્ષણોમાં જોવા મળતા સમાન હતા, અને મોટર નબળી રીતે પ્રક્રિયાત્મક હોવાનું જોવા મળ્યું હતું. ઓપ્ટિકલ ટ્રેપ પ્રયોગોમાં, કિનેસિન-5 પરમાણુઓ મણકા સાથે જોડાયેલા હોય છે જેને બારીક કેન્દ્રિત લેસર દ્વારા સ્થાને રાખી શકાય છે. મણકાને માઇક્રોટ્યુબ્યુલની નજીક ખસેડીને, કિનેસિન માઇક્રોટ્યુબ્યુલ સાથે જોડાઈ શકે છે અને મણકાને તેની પાછળ ખેંચીને પગ મૂકવાનું શરૂ કરી શકે છે. મણકાને ટ્રેપ લેસર દ્વારા સ્થાને રાખવામાં આવી રહ્યું હોવાથી, તે સ્પ્રિંગની જેમ કાર્ય કરે છે અને એક બળનો ઉપયોગ કરે છે જે કિનેસિનની આગળની હિલચાલનો પ્રતિકાર કરે છે. આ સ્ટોલ બળના માપન માટે પરવાનગી આપે છે-મોટર દ્વારા માઇક્રોટ્યુબ્યુલમાંથી મુક્ત થાય તે પહેલાં મહત્તમ બળનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. ઓપ્ટિકલ ટ્રેપ પ્રયોગો દર્શાવે છે કે કિનેસિન-5 મુક્ત થતાં પહેલાં મહત્તમ 7 પિકો ન્યુટન બળ ઉત્પન્ન કરે છે, પરંતુ તેની વર્તણૂક અન્ય કિનેસિન કરતા અલગ છે કારણ કે ત્યાં કોઈ અવલોકનક્ષમ ઉચ્ચપ્રદેશ તબક્કો નથી જેમાં મોટર તેના મહત્તમ બળ ઉત્પાદન પર "સંઘર્ષ" કરે છે. કાઇનેટિક ડેટાનું એક્સ્ટ્રાપોલેશન સૂચવે છે કે કાઇનેસિન-5 દ્વારા ઓપ્ટિકલ ટ્રેપમાં ઉત્પન્ન થયેલ મહત્તમ અવલોકન બળ વાસ્તવમાં ઓછો અંદાજ છે અને તે સૈદ્ધાંતિક રીતે મહત્તમ 9 પિકો ન્યુટન બળનો ઉપયોગ કરી શકે છે, જોકે આનું પરીક્ષણ કરવા માટે વધુ પ્રાયોગિક કાર્ય જરૂરી છે. કેઆઇએફ11ના ફાર્માકોલોજીકલ ઇન્હિબિટર્સ ઇન્હિબિટર્સને કેન્સરની સારવારમાં કેમોથેરાપ્યુટિક એજન્ટ તરીકે વિકસાવવામાં આવ્યા છે. દવાઓ કે જે ખાસ કરીને માત્ર માનવ કિનેસિન-5 ને અટકાવે છે તે ટેક્સન્સ અને વિન્ક એલ્કલોઇડ્સના વિકલ્પો છે જે માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સને લક્ષ્ય બનાવે છે, અને આમ તમામ કોષો, અને જે હાલમાં તબીબી રીતે ઉપયોગમાં લેવાય છે. કિનેસિન-5ના અવરોધને કારણે કોષો માઇટોટિક ધરપકડમાંથી પસાર થાય છે, એપોપ્ટોસિસમાંથી પસાર થાય છે અને મોનોસ્ટર સ્પિન્ડલ બનાવે છે. પ્રથમ કેઆઇએફ11 અવરોધક, મોનાસ્ટ્રોલ સેલ પારગમ્ય સંયોજનોની વિશાળ લાઇબ્રેરીની રાસાયણિક સ્ક્રીનમાં મળી આવ્યું હતું. ત્યારથી, વૈજ્ઞાનિક સાહિત્યમાં એલોસ્ટેરિક અવરોધકોના 100 થી વધુ વિવિધ રાસાયણિક વર્ગોની ઓળખ કરવામાં આવી છે અને તેઓ માનવ કિનેસિન-5 સામે શક્તિમાં વિશાળ શ્રેણી ધરાવે છે. સામાન્ય કેઆઇએફ11 અવરોધકોમાં મોનાસ્ટ્રોલ, એસ-ટ્રાઇટલ-એલ-સિસ્ટીન (એસટીએલસી), એચઆર22સી16 અને સીકે0106023નો સમાવેશ થાય છે. મોટાભાગના માનવ કિનેસિન-5 અવરોધકો પસંદગીયુક્ત હોય છે, કારણ કે તેઓ દવા 'હોટ સ્પોટ' સાથે જોડાય છે, જે α2 અને α3 હેલિસીસના અવશેષો અને મોટર ડોમેનની સપાટી પર લવચીક L5 લૂપથી બનેલું હોય છે. આ L5 લૂપ સુપરફેમિલીમાં કિનેસિન-5 ઓર્થોલોગ્સ અને અન્ય કિનેસિન વચ્ચે ઉચ્ચ અનુક્રમ પરિવર્તનશીલતા ધરાવે છે. માનવ કિનેસિન-5માં L5 લૂપ અવરોધકની આસપાસ બંધ થાય છે અને અવરોધકની ગેરહાજરીમાં ખુલ્લું રહે છે. આ માળખાકીય ફેરફારો ઉત્પ્રેરક સક્રિય સ્થળના અન્ય ફેરફારો સાથે સંકળાયેલા છે. માનવ કિનેસિન-5 મોટર ડોમેનમાં અવરોધક બંધનના અન્ય સ્થળોની ઓળખ કરવામાં આવી છે. એલ5 પોકેટ સાથે જોડાયેલા અવરોધકો માટે, અવરોધની પદ્ધતિ એ છે કે તેઓ ઉત્પ્રેરક સક્રિય સ્થળમાંથી એડીપીના પ્રકાશનને ધીમું કરે છે અને એટીપી-આધારિત દિશાત્મક ગતિને અટકાવે છે. જો કે, જ્યારે મોનાસ્ટ્રોલ મોટર ડોમેનને અવરોધે છે ત્યારે માઇક્રોટ્યુબ્યુલ્સ સાથે કિનેસિન-5 દ્વારા અગાઉ અજ્ઞાત પ્રસરણ ગતિ મળી આવી હતી. નાના-પરમાણુ અવરોધક કોષોમાં નેનોમોટરને સમજવા માટે માત્ર મહત્વપૂર્ણ સાધનો જ નથી; તેઓ ક્લિનિકમાં સાધનો તરીકે સેવા આપવાની ક્ષમતા પણ ધરાવે છે. માનવ કિનેસિન-5 અવરોધકો દ્વારા પ્રેરિત, માઇટોટિક ધરપકડ કેટલાક ગાંઠ કોષ રેખાઓ અને માનવ ગાંઠ ઝેનોગ્રાફ્ટ મોડેલોમાં એપોપ્ટોસિસમાં પરિણમે છે. આ આશાસ્પદ પ્રીક્લિનિકલ અભ્યાસો સાથે, ઇસ્પિનેસિબ (એસ. બી.-715992; સાયટોકાઇનેટિક્સ/જી. એસ. કે.), સાયટોકાઇનેટિક્સ/જી. એસ. કે. માંથી એસ. બી.-743921, મર્કમાંથી એમ. કે.-0731, ફિલાનેસિબ (એ. આર. આર. વાય.-520) (એરે બાયોફાર્મા), અને લિટ્રોનેસિબ (એલ. વાય. 2523355) (એલી લિલી) એ ક્લિનિકલ પરીક્ષણોમાં પ્રવેશ કર્યો છે. બીજી પેઢીના કિનેસિન-5 અવરોધકોને વધુ સારી સફળતા મળી હોવા છતાં, કોઈ પણ કેન્સર વિરોધી સારવાર તરીકે સંપૂર્ણપણે વિકસિત અને માર્કેટિંગ કરવામાં આવ્યું નથી. માનવ કિનેસિન-5માં L5 પોકેટ (L5, α2 અને α3) માં ચોક્કસ અવશેષોની ભૂમિકાનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું છે, પરંતુ હજુ સુધી વ્યવસ્થિત રીતે તેનું સંશોધન કરવામાં આવ્યું નથી. આ પરિવર્તન પ્રયોગોનો પ્રારંભિક ધ્યેય એ નક્કી કરવાનો હતો કે દવાઓના વિકાસમાં કયા અવશેષોનું સૌથી વધુ ઔષધીય મહત્વ છે. ઉદાહરણ તરીકે, કે. આઈ. એફ. 11 જનીનમાં પરિવર્તન મોનાસ્ટ્રોલ અને એસ. ટી. એલ. સી. જેવા અવરોધકોને માઇટોટિક કોષ રેખાઓનો પ્રતિકાર દર્શાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, અવરોધક બંધનકર્તા પોકેટમાં બિંદુ પરિવર્તન, R119A, D130A, L132A, I136A, L214A અને E215A મોનાસ્ટ્રોલને પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે, જ્યારે R119A, D130A અને L214A પરિવર્તન STLC ને પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે. લોસ-ઓફ-ફંક્શન પ્રયોગોથી વિપરીત, ડ્રોસોફિલા કિનેસિન-5 નો ઉપયોગ કરીને ગેઇન-ઓફ-ફંક્શન પ્રયોગ દર્શાવે છે કે તમામ L5-નિર્દેશિત અવરોધકો કિનેસિન-5 મોટર ડોમેનમાં એ જ રીતે એલોસ્ટેરિક રીતે વાતચીત કરતા નથી. મ્યુટેશનલ અભ્યાસનો બીજો હેતુ એ સમજવાનો છે કે માત્ર એક અવશેષ બદલવાથી કોષોમાં ડ્રગ પ્રતિકાર કેવી રીતે પ્રદાન કરવામાં આવે છે. અવરોધક-બંધનકર્તા પોકેટમાં આ ફેરફારો કિનેસિન-5 મોટર ડોમેનની કેન્દ્રીય બીટા-શીટના માળખાકીય ફેરફાર અથવા ટ્વિસ્ટ સાથે સંકળાયેલા છે. આ રીતે, L5 લૂપ સીધા ન્યુક્લિયોટાઇડ બંધનને નિયંત્રિત કરવામાં સક્ષમ હોઈ શકે છે અને બીટા-શીટ ટ્વિસ્ટ નજીકના માઇક્રોટ્યુબ્યુલ-બંધનકર્તા સ્થળને હેરફેર કરી શકે છે. આ સમજાવી શકે છે કે કેવી રીતે ગાંઠના કોષો ઝડપથી કેઆઇએફ11 અવરોધકો માટે દવા-પ્રતિરોધક બની શકે છે. કેન્સરમાં માનવ પરિવર્તન કેઆઇએફ11 પરિવર્તનોનું વ્યાપકપણે વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે, અને કેઆઇએફ11 અવરોધકો સાથે ઘણા પરીક્ષણો ચાલુ છે. ક્લિનિકલ મહત્વ કેઆઇએફ 11 માં જર્મલાઇન પરિવર્તન કોરિઓરેટિનોપેથી, લિમ્ફેડેમા અથવા માનસિક મંદતા (એમસીએલએમઆર) સાથે અથવા વગર માઇક્રોસેફાલીનું કારણ બને છે. આ સિન્ડ્રોમ ચલ અભિવ્યક્તિ સાથે ઓટોસોમલ પ્રબળ વિકાર તરીકે જોવામાં આવે છે પરંતુ તે છૂટાછવાયા પણ હોઈ શકે છે. તે હળવાથી ગંભીર માઇક્રોસેફલી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જે ઘણીવાર વિકાસલક્ષી વિલંબ, આંખની ખામીઓ અને લિમ્ફેડેમા સાથે સંકળાયેલ હોય છે, જે સામાન્ય રીતે પગના ડોર્સમ પર હોય છે. દર્દીઓના ફેનોટાઇપિક મૂલ્યાંકન (એન = 87) માં 91 ટકા દર્દીઓમાં માઇક્રોસેફલી, 72 ટકા દર્દીઓમાં આંખની વિસંગતતાઓ, 67 ટકા દર્દીઓમાં બૌદ્ધિક અક્ષમતા અને 47 ટકા દર્દીઓમાં લિમ્ફેડેમા જોવા મળ્યું હતું. બિનઅસરગ્રસ્ત વાહકો દુર્લભ હતા (87 માંથી 4:5%). નિદાન માટે પારિવારિક ઇતિહાસ જરૂરી નથી; 31 ટકા (52માંથી 16) નવા કેસ હતા. વારસાગત રીતે મળેલા તમામ કેસ અને એમસીએલએમઆરના 50 ટકા છૂટાછવાયા કેસ જર્મલાઇન કેઆઇએફ11 પરિવર્તનને કારણે છે. નોંધો સંદર્ભો વધુ વાંચન બાહ્ય કડીઓ બ્લોક, સ્ટીવન ગિલ્બર્ટ, સુસાન કપૂર, તરુણ કિમ, સુન્યોંગ કોઝિલ્સ્કી, ફ્રેન્ક મૂર્સ, કેરોલિન રાઇસ, સારાહ રોસેનફેલ્ડ, સ્ટીવન વોજિક, એડવર્ડ વર્થિલેક, ડેવિડ