Novel Methylation Markers in a Prostate Cancer Cohort are Associated with Disease Development and Relapse
यह अध्ययन कैंसरयुक्त और सौम्य ऊतकों के बीच प्रभावी ढंग से अंतर करने और प्रोस्टेट कैंसर की पुनरावृत्ति के स्वतंत्र भविष्यवक्ता के रूप में कार्य करने वाले नवीन मिथाइलेशन-आधारित आणविक हस्ताक्षरों—जिसमें ड्राइवर जीन, स्ट्रैंड-विशिष्ट मिथाइलेशन और माइटोकॉन्ड्रियल रीड्स में पैटर्न शामिल हैं—की पहचान करने के लिए UK प्रोस्टेट ICGC कोहोर्ट पर TruSeq मिथाइल कैप्चर सीक्वेंसिंग का उपयोग करता है।
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प्रोस्टेट कैंसर एक ऐसी बीमारी है जहाँ प्रोस्टेट ग्रंथि की कोशिकाएं अनियंत्रित रूप से बढ़ने लगती हैं, और हालांकि डॉक्टर इसे खोजने और इसका इलाज करने में काफी कुशल हो गए हैं, लेकिन किसी विशिष्ट ट्यूमर कितना आक्रामक होगा, इसकी सटीक भविष्यवाणी करना एक कठिन चुनौती बनी हुई है। यह समझने के लिए कि कुछ मामलों में सर्जरी के बाद कैंसर वापस क्यों आता है जबकि अन्य में नहीं, वैज्ञानिक कोशिकाओं के भीतर मौजूद जेनेटिक कोड को देखते हैं, लेकिन वे उस कोड के ऊपर स्थित रासायनिक निर्देशों की एक परत की भी जांच करते हैं। यह परत, जिसे एपिजीनोम (epigenome) कहा जाता है, जीन्स के लिए 'वॉल्यूम नॉब' (volume knobs) के एक सेट की तरह काम करती है, जो अंतर्निlying डीएनए अनुक्रम को बदले बिना उन्हें कम या ज्यादा कर सकती है। इन नॉब्स को घुमाने का सबसे महत्वपूर्ण तरीका मिथाइलेशन (methylation) नामक एक प्रक्रिया है, जहाँ डीएनए से छोटे रासायनिक टैग जुड़े होते हैं। वर्षों से, शोधकर्ता जानते थे कि ये टैग कैंसर में बदलते हैं, लेकिन हमारे पास जो कुछ भी जानकारी है वह पुरानी तकनीकों से आती है जो एक समय में केवल कुछ हज़ार स्थानों को ही देख सकती थीं, जिससे जीनोम का एक बड़ा हिस्सा छूट जाता था।
एक नया अध्ययन आधुनिक, उच्च-रिज़ॉल्यूशन पद्धति का उपयोग करके इन रासायनिक टैगों पर बहुत सूक्ष्मता से नज़र डालता है, जो जीनोम के लाखों स्थानों को पढ़ सकता है। शोधकर्ताओं ने प्रोस्टेट कैंसर के लिए सर्जरी कराने वाले पुरुषों के एक बड़े समूह पर ध्यान केंद्रित किया, जिसमें उन्होंने कैंसरयुक्त ऊतक (cancerous tissue) और उसी प्रोस्टेट से लिए गए स्वस्थ ऊतक (healthy tissue), दोनों की जांच की। इन दोनों प्रकार के ऊतकों की इतनी उच्च सटीकता के साथ तुलना करके, उन्होंने पाया कि कैंसर का रासायनिक परिदृश्य पहले की तुलना में कहीं अधिक जटिल और विविध है। उन्होंने पाया कि ये परिवर्तन केवल यादृच्छिक शोर (random noise) नहीं हैं, बल्कि वे विशिष्ट पैटर्न का पालन करते हैं जो डॉक्टरों को यह बता सकते हैं कि किन पुरुषों में कैंसर के वापस आने की संभावना है। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि उन्होंने तीन पूरी तरह से नए प्रकार के जैविक संकेतों की पहचान की है जो पहले कभी प्रोस्टेट कैंसर में नहीं देखे गए थे, जिनमें से प्रत्येक इस बात की ओर संकेत करता है कि बीमारी किस तरह से व्यवहार कर रही होगी।
टीम ने 188 पुरुषों के पूरे जीनोम में रासायनिक टैगों का मानचित्रण (mapping) करके शुरुआत की। उन्होंने पाया कि, औसतन, स्वस्थ ऊतक की तुलना में कैंसरयुक्त ऊतक में इन टैगों की संख्या अधिक थी, लेकिन असली कहानी विवरणों में छिपी थी। जब उन्होंने कैंसर को बढ़ावा देने वाले ज्ञात जीन्स के विशिष्ट पैटर्न को देखा, तो उन्होंने पाया कि टैग्स का पैटर्न रोगियों को दो अलग-अलग समूहों में विभाजित कर सकता है। एक समूह के पास ऐसा पैटर्न था जो एक ज्ञात उच्च-जोखिम श्रेणी से मेल खाता था, जबकि दूसरे समूह ने एक अलग, लेकिन समान रूप से खतरनाक सिग्नेचर दिखाया। यह सुझाव देता है कि बीमारी के आक्रामक होने के कई तरीके हो सकते हैं, और केवल एक प्रकार के मार्कर को देखने से उन आधे रोगियों को छोड़ा जा सकता है जिन्हें अतिरिक्त देखभाल की आवश्यकता है।
केवल यह देखने के बजाय कि कौन से जीन्स टैग किए गए थे, शोधकर्ताओं ने डेटा में छिपे दो अन्य आश्चर्यजनक संकेतों की खोज की। पहला, डीएनए डबल हेलिक्स के दो स्ट्रैंड्स (strands) से संबंधित था। आमतौर पर, इन स्ट्रैंड्स को समान प्रतियों के रूप में माना जाता है, लेकिन टीम ने पाया कि कई कैंसर रोगियों में, टैग दोनों स्ट्रैंड्स के बीच असमान रूप से वितरित थे। यह असंतुलन, जिसे वे 'हेमीमिथाइलेशन' (hemimethylation) कहते हैं, एक मजबूत चेतावनी संकेत था। जिन पुरुषों के कैंसर में इस स्ट्रैंड असंतुलन का उच्च स्तर देखा गया, उनमें बीमारी के वापस आने या कैंसर के शरीर के अन्य हिस्सों में फैलने की संभावना बहुत अधिक थी। यह ऐसा है जैसे कैंसर कोशिकाओं ने अपने निर्देशों को समान रूप से कॉपी करने की क्षमता खो दी हो, जिससे एक अराजक हस्ताक्षर (chaotic signature) बन गया जो खराब परिणाम की भविष्यवाणी करता है।
दूसरा नया संकेत माइटोकॉन्ड्रिया (mitochondria) से आया, जो कोशिका के भीतर के नन्हे पावर प्लांट हैं और आमतौर पर इनमें इस प्रकार के रासायनिक टैग नहीं होते हैं। लंबे समय तक, वैज्ञानिक मानते थे कि माइटोकॉन्ड्रिया में इस प्रकार की रासायनिक मार्किंग नहीं होती है, लेकिन शोधकर्ताओं ने कुछ रोगियों के माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए में एक धुंधला संकेत पाया। हालांकि यह संकेत कमजोर था, लेकिन यह सुसंगत और वास्तविक था। उन्होंने पाया कि जिन पुरुषों के माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए में इन टैग्स का उच्च स्तर था, उनके कैंसर के वापस आने का समय काफी कम था। यह खोज इस पुराने विचार को चुनौती देती है कि माइटोकॉन्ड्रिया इन रासायनिक नियंत्रणों से मुक्त हैं और यह सुझाव देती है कि कोशिका का ऊर्जा स्रोत भी इस बात में शामिल हो सकता है कि बीमारी कैसे आगे बढ़ती है।
सबसे शक्तिशाली अंतर्दृष्टि तब मिली जब शोधकर्ताओं ने इन नए निष्कर्षों को मौजूदा ज्ञान के साथ जोड़ा। उन्होंने महसूस किया कि उनके द्वारा खोजे गए तीन नए संकेत—ड्राइवर जीन्स में पैटर्न, स्ट्रैंड असंतुलन, और माइटोकॉन्ड्रियल टैग—केवल वही दोहरा नहीं रहे थे जो पहले से ज्ञात था। इसके बजाय, प्रत्येक ने उच्च-जोखिम वाले रोगियों के एक अलग समूह की पहचान की। एक व्यक्ति उच्च जोखिम पर हो सकता है क्योंकि उसके जीन टैग्स के कारण, या उसके स्ट्रैंड असंतुलन के कारण, या उसके माइटोकॉन्ड्रियल सिग्नल के कारण, या इन सभी के संयोजन के कारण। जब टीम ने यह गणना की कि एक रोगी में कितने जोखिम कारक मौजूद हैं, तो भविष्यवाणी अविश्वसनीय रूप से सटीक हो गई। एक पुरुष में जितने अधिक जोखिम कारक थे, उसके कैंसर के वापस आने की संभावना उतनी ही अधिक थी। इस दृष्टिकोण ने उन्हें रोगियों को बहुत अलग परिणामों वाले समूहों में विभाजित करने की अनुमति दी, जो वर्तमान उपकरण करने में संघर्ष करते हैं।
इस अध्ययन ने यह भी प्रकाश डाला कि हमारे जीन कैसे विरासत में मिलते हैं और वे कैंसर के जोखिम को कैसे प्रभावित करते हैं। शोधकर्ताओं ने डीएनए अनुक्रम के उन छोटे बदलावों को देखा जो प्रोस्टेट कैंसर विकसित होने के जोखिम को बढ़ाते हैं। उन्होंने पाया कि इनमें से कुछ बदलाव भौतिक रूप से एक ऐसा स्थान बनाते हैं या हटाते हैं जहाँ एक रासायनिक टैग जुड़ सकता है। एक विशिष्ट मामले में, MMP7 नामक जीन के पास एक जेनेटिक वेरिएशन ने टैग के लिए एक स्थान को हटा दिया, जिसने बदले में उस जीन के व्यवहार को बदल दिया। इसने एक व्यक्ति के विरासत में मिले डीएनए और उन रासायनिक निर्देशों के बीच एक स्पष्ट, सीधा संबंध प्रदान किया जो उनकी कोशिकाओं को नियंत्रित करते हैं, यह दिखाते हुए कि कुछ जेनेटिक जोखिम एपिजीनोम को बदलकर काम करते हैं।
जीनोम को पहले की तुलना में बहुत अधिक विस्तार से पढ़ने वाली तकनीक का उपयोग करके, इस शोध ने सूचना की एक छिपी हुई परत को उजागर किया है जो यह समझाने में मदद करती है कि प्रोस्टेट कैंसर अलग-अलग लोगों में अलग-अलग व्यवहार क्यों करता है। निष्कर्ष बताते हैं कि यह बीमारी एक एकल इकाई नहीं है, बल्कि विभिन्न जैविक प्रक्रियाओं का एक संग्रह है, जिनमें से प्रत्येक अपने स्वयं के अद्वितीय रासायनिक फिंगरप्रिंट छोड़ता है। हालांकि ये नए मार्कर अभी तक हर डॉक्टर के क्लिनिक में उपयोग के लिए तैयार नहीं हैं, फिर भी वे जोखिम के बारे में सोचने का एक शक्तिशाली नया तरीका प्रदान करते हैं। वे दिखाते हैं कि कोशिका के रासायनिक परिदृश्य को कई कोणों से देखकर, डॉक्टर जल्द ही रोगियों को उनके भविष्य की बहुत स्पष्ट तस्वीर दे सकेंगे, जिससे उपचार को उनके कैंसर की विशिष्ट प्रकृति के अनुरूप ढाला जा सकेगा।
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