एक बार जिज्ञासा के रूप में खारिज कर दिया गया, एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए (ईसीडीएनए) अब कैंसर जीव विज्ञान के जटिल क्षेत्र में केंद्र में आ रहा है। वैज्ञानिकों ने पहली बार 50 साल पहले कैंसर कोशिकाओं में आनुवंशिक सामग्री के एक छोटे टुकड़े के रूप में इसकी खोज की थी। चूँकि यह केवल 1.4% ट्यूमर में मौजूद था, इसलिए उन्होंने इसे महत्वपूर्ण नहीं माना।
लेकिन अधिक परिष्कृत जीनोमिक तकनीकों ने बाद में अपनी गलती प्रकट की: एक 2017 में प्रकाशित अध्ययन पता चला कि ईसीडीएनए लगभग 40% कैंसर कोशिका रेखाओं और 90% रोगी-व्युत्पन्न मस्तिष्क ट्यूमर नमूनों में मौजूद है, जो कैंसर जीव विज्ञान में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका को प्रकट करता है।
6 नवंबर को जर्नल में तीन पेपर प्रकाशित हुए प्रकृति eDyNAmiC नामक एक टीम द्वारा – स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के प्रोफेसर पॉल मिशेल के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय सहयोग। अध्ययन से पता चलता है कि ईसीडीएनए कैसे बनता है और कैंसर और दवा प्रतिरोध की प्रगति में योगदान देता है।
महत्वपूर्ण बात यह है कि ये निष्कर्ष आनुवंशिकी के मौलिक नियम को भी चुनौती देते हैं।
ईसीडीएनए क्या है?
सामान्य मानव कोशिकाओं में, नाभिक में 23 जोड़े गुणसूत्र होते हैं जो डीएनए को घेरते हैं। कुछ प्राकृतिक प्रक्रियाएं हैं जो डीएनए को नुकसान पहुंचा सकती हैं। उदाहरण के लिए, क्रोमोथ्रिप्सिस मेंजो कुछ कैंसर में होता है, गुणसूत्र टूट जाते हैं और पुन: व्यवस्थित हो जाते हैं। नई कोशिकाओं में समाहित करने के लिए डीएनए की प्रतियां बनाते समय कोशिकाएं डीएनए में गलतियां भी कर सकती हैं। ऐसी प्रक्रियाओं के कारण डीएनए का एक छोटा हिस्सा मुख्य गुणसूत्र से अलग हो सकता है और एक गोलाकार संरचना बना सकता है जो नाभिक के अंदर स्वतंत्र रूप से तैरती है। यह ईसीडीएनए है.
तीन अध्ययनों में से एक का नेतृत्व eDyNAmiC सदस्यों मरियम जमाल-हंजानी और चार्ल्स स्वैंटन ने किया था, दोनों यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन के प्रोफेसर थे। वे उत्परिवर्तन पैटर्न का विश्लेषण किया ईसीडीएनए के गठन से पहले और बाद के ट्यूमर में। उन्होंने डीएनए क्षति के ट्रिगर के रूप में धूम्रपान, कुछ पदार्थों के संपर्क और आनुवंशिक उत्परिवर्तन सहित विभिन्न पर्यावरणीय कारकों की पहचान की, जो ईसीडीएनए के गठन का कारण बन सकते हैं।
उसी अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने यूके के 100,000 जीनोम प्रोजेक्ट से लगभग 15,000 कैंसर रोगियों के नमूनों का व्यापक विश्लेषण करने का प्रयास किया, जिसमें 39 ट्यूमर प्रकार शामिल थे। उन्होंने प्रतिदीप्ति इन-सीटू हाइब्रिडाइजेशन (या फिश) नामक एक विधि का उपयोग करके अपने निष्कर्षों को मान्य किया, जो विशेष रूप से ऊतक नमूनों में कुछ कैंसर से संबंधित जीन की तलाश करता है।
उन्होंने पाया कि ईसीडीएनए लगभग 17% ट्यूमर नमूनों में मौजूद था, लेकिन लिपोसारकोमा, मस्तिष्क ट्यूमर और स्तन कैंसर में यह अधिक था। उन्होंने यह भी बताया कि कीमोथेरेपी जैसे उपचारों के बाद ईसीडीएनए का प्रचलन बढ़ गया, और इसका संबंध मेटास्टेसिस और रोगी के बदतर परिणामों से है।
ईसीडीएनए और कैंसर का विकास
ट्यूमर में मौजूद ईसीडीएनए में अक्सर ऑन्कोजीन की कई प्रतियां होती हैं – उत्परिवर्तित जीन जो कैंसर पैदा करने में सक्षम होते हैं – जो ट्यूमर के विकास को सक्रिय करने के लिए आवश्यक होते हैं। लेकिन ये ऑन्कोजीन गुणसूत्रों में मौजूद नहीं हैं, जहां वैज्ञानिक मानते थे कि वे रहते थे।
एक अध्ययन में 2021 में प्रकाशित स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के एक अन्य प्रोफेसर, हॉवर्ड चांग के नेतृत्व में, दिखाया गया कि जबकि क्रोमोसोमल डीएनए कोशिका में विशिष्ट क्षेत्रों के भीतर तय होता है, ईसीडीएनए स्वतंत्र रूप से चलता है और हब बनाने के लिए अन्य ईसीडीएनए के साथ बातचीत कर सकता है – केंद्रित क्षेत्र जहां ऑन्कोजीन अधिक व्यक्त होते हैं।
कोशिकाएं डीएनए को एमआरएनए में स्थानांतरित करती हैं ताकि प्रोटीन के निर्माण के लिए एमआरएनए का उपयोग किया जा सके। 2021 के अध्ययन में यह भी पाया गया कि जब कोशिकाएं ईसीडीएनए को एमआरएनए में स्थानांतरित करती हैं, तो इस प्रक्रिया के कारण कोशिका में विशिष्ट ऑन्कोजीन चार गुना अधिक आम हो जाते हैं, बजाय इसके कि डीएनए क्रोमोसोम से आया हो।
इस विसंगति में ट्यूमर के विकास में तेजी लाने और कैंसर को दवाओं का प्रतिरोध करने में मदद करने की क्षमता है।
हानि की विरासत
नए अध्ययनों में बताई गई एक और खोज में आनुवंशिकी के बारे में वैज्ञानिकों की समझ में मौलिक बदलाव शामिल है।
आमतौर पर, जब कोशिकाएं विभाजित होती हैं, तो वे गुणसूत्रों की नकल करती हैं और इसे अपनी बेटी कोशिकाओं के बीच समान रूप से वितरित करती हैं। इस प्रक्रिया में, शोधकर्ताओं ने जाना है कि एक ही गुणसूत्र पर जीन एक साथ विरासत में मिले हैं जबकि विभिन्न गुणसूत्रों पर जीन एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से वितरित होते हैं। इस बुनियादी आनुवंशिक सिद्धांत को मेंडल का स्वतंत्र वर्गीकरण का तीसरा नियम (ग्रेगर मेंडल के नाम पर) कहा जाता है।
लेकिन में तीन अध्ययनों में से दूसरामिशेल और चांग के नेतृत्व में एक टीम ने एकल-कोशिका अनुक्रमण, इमेजिंग और मॉडलिंग का उपयोग करके रिपोर्ट दी कि कोशिका विभाजन के दौरान ईसीडीएनए को क्लस्टर में बेटी कोशिकाओं में पारित किया जाता है – जो तीसरे कानून का उल्लंघन है। यह क्लस्टरिंग कुछ कैंसर कोशिकाओं को लाभ देता है क्योंकि यह उन्हें जीन इंटरैक्शन को बढ़ाने, कैंसर के विकास का समर्थन करने और कई जीवन-चक्रों में अनुकूल आनुवंशिक संयोजनों को संरक्षित करने की अनुमति देता है। शोधकर्ताओं ने इसे “जैकपॉट प्रभाव” कहा है।
इस खोज के गहरे निहितार्थ हैं। यह इस विचार को उलट देता है कि जीन वंशानुक्रम पूरी तरह से यादृच्छिक है जब जीन डीएनए स्ट्रैंड से जुड़े नहीं होते हैं। शोधकर्ताओं ने यह भी बताया कि प्रतिलेखन प्रक्रिया – डीएनए से आरएनए तक – कोशिका विभाजन के दौरान ईसीडीएनए के समन्वित पृथक्करण की सुविधा प्रदान करती है।
कैंसर कोशिकाओं में एक नई भेद्यता
लेकिन ecDNA द्वारा उत्पन्न नए खतरों के लिए, तीसरा अध्ययन ट्यूमर में एक संभावित कमजोरी का पता चला जो ईसीडीएनए पर निर्भर है। ईसीडीएनए की असामान्य संरचना और अन्य डीएनए तत्वों के साथ इसकी बातचीत विशिष्ट जीन की गतिविधि को बढ़ाती है। इससे आरएनए बनाने में शामिल सेलुलर मशीनरी और कैंसर कोशिकाओं की गतिविधि के बीच संघर्ष हो सकता है जिससे डीएनए को नुकसान होता है।
कोशिकाएं CHK1 नामक प्रोटीन के भारी उपयोग से इस संघर्ष का जवाब देती हैं, जो डीएनए को ठीक करने में मदद करता है और कोशिका को बढ़ते रहने की अनुमति देता है। जब शोधकर्ताओं ने बीबीआई-2779 नामक एक दवा का उपयोग किया जो सीएचके1 को अवरुद्ध करती है, तो उन्होंने पाया कि दवा ने ईसीडीएनए के साथ कैंसर कोशिकाओं को चुनिंदा रूप से मार डाला, जिससे पेट के कैंसर वाले चूहों में ट्यूमर की संख्या में काफी कमी आई।
मिशेल और चांग द्वारा सह-स्थापित सैन डिएगो स्थित बायोटेक्नोलॉजी कंपनी, जिसे बाउंडलेस बायो कहा जाता है, वर्तमान में इन खोजों को नैदानिक उपयोग के लिए अनुवाद करने के लिए काम कर रही है। कंपनी का घोषित उद्देश्य मरीजों को नए उपचार विकल्प देना है जो ईसीडीएनए द्वारा बनाई गई कमजोरियों को लक्षित करते हैं। यह विशेष रूप से ग्लियोब्लास्टोमा और डिम्बग्रंथि और फेफड़ों के कैंसर जैसे ईसीडीएनए-संचालित कैंसर वाले रोगियों के लिए महत्वपूर्ण है, जहां वर्तमान उपचार अक्सर कम पड़ जाते हैं।
मंजीरा गौरवरम ने आरएनए जैव रसायन में पीएचडी की है और एक स्वतंत्र विज्ञान लेखक के रूप में काम करती हैं।
प्रकाशित – 04 दिसंबर, 2024 05:30 पूर्वाह्न IST
