CRISPR-Cas9 Editing of Myeloid Lectins Reveals Target-Dependent Transcriptional Remodeling in Tumor-Associated Macrophages

शरीर के युद्धक्षेत्रों के भीतर, ट्यूमर केवल बढ़ते ही नहीं हैं; वे एक किला बनाते हैं। वे साधारण प्रतिरक्षा कोशिकाओं (इम्यून सेल्स) को भर्ती करते हैं, उन्हें ऐसे सहयोगियों में बदल देते हैं जो कैंसर को नष्ट करने के बजाय उसकी रक्षा करते हैं। इन भर्ती किए गए सैनिकों में मैक्रोफेज (macrophages) शामिल हैं, जो बड़े श्वेत रक्त कोशिकाएं हैं जो सामान्यतः मलबे को खाने और संक्रमण से लड़ने के लिए ऊतकों की निगरानी करती हैं। लेकिन जब वे ट्यूमर में प्रवेश करते हैं, तो वे अक्सर अपना स्वभाव बदल लेते हैं, "ट्यूमर-जुड़े मैक्रोफेज" बन जाते हैं जो कैंसर को प्रतिरक्षा प्रणाली से छिपने, नई रक्त वाहिकाएं बनाने और फैलने में मदद करते हैं। वैज्ञानिकों को लंबे समय से संदेह था कि ये कोशिकाएं केवल एक एकल संकेत द्वारा चालू या बंद नहीं होती हैं। इसके बजाय, वे कैंसर कोशिकाओं की सतह पर मौजूद रासायनिक टैग्स की एक जटिल भाषा को लगातार पढ़ रही होती हैं। इस भाषा का एक हिस्सा शर्करा, या ग्लाइकेन्स (glycans) है, जो कोशिकाओं की सतह को एक अद्वितीय आईडी कार्ड की तरह ढक लेते हैं। प्रतिरक्षा कोशिकाओं पर विशेष रिसेप्टर्स, जिन्हें लेक्टिन (lectins) कहा जाता है, इन शुगर आईडी कार्ड्स के पाठकों के रूप में कार्य करते हैं। जब एक लेक्टिन ट्यूमर पर एक विशिष्ट शर्करा पैटर्न को पकड़ता है, तो यह प्रतिरक्षा कोशिका में एक संदेश भेजता है, जो उसे बताता है कि उसे कैसे व्यवहार करना है। बड़ा सवाल यह था कि: इनमें से कौन से शुगर-पढ़ने वाले रिसेप्टर्स सबसे महत्वपूर्ण हैं जो एक स्वस्थ प्रतिरक्षा कोशिका को कैंसर सहायक में बदलने के लिए जिम्मेदार हैं, और जब वह कनेक्शन टूट जाता है तो कोशिका के भीतर क्या होता है?

इसका उत्तर देने के लिए, शोधकर्ताओं की एक टीम ने पांच विशिष्ट लेक्टिन रिसेप्टर्स का परीक्षण करने का निर्णय लिया जिन्हें वे इस प्रक्रिया में प्रमुख खिलाड़ी मान रहे थे। उन्होंने मानव कोशिकाओं के साथ काम करना चुना ताकि परिणाम लोगों के लिए प्रासंगिक हों, लेकिन इन कोशिकाओं के साथ काम करना अत्यंत कठिन है। शोधकर्ताओं को जीवित मानव प्रतिरक्षा कोशिकाओं में प्रत्येक के पांच रिसेप्टर्स को अस्थायी रूप से अक्षम करने का एक तरीका चाहिए था ताकि वे देख सकें कि क्या बदलता है। उन्होंने एक सटीक आणविक उपकरण का उपयोग किया जिसे CRISPR-Cas9 कहा जाता है, जो विशिष्ट जीन को काटने के लिए आणविक कैंची की तरह कार्य करता है। इन कैंचियों को पहुंचाने के लिए वायरस का उपयोग करने के बजाय, जो जोखिम भरा हो सकता है, उन्होंने कैंचियों और उनके लक्ष्यिंग गाइड्स को एक प्रोटीन कॉम्प्लेक्स में पैक किया और एक सौम्य विद्युत स्पंदन (इलेक्ट्रिकल पल्स) का उपयोग करके उन्हें सीधे कोशिकाओं में इंजेक्ट किया। इस पद्धति ने उन्हें बिना किसी वायरल अवशेष के कोशिकाओं को संपादित करने की अनुमति दी। उन्होंने पहले अपने तरीके का परीक्षण एक मानक प्रयोगशाला सेल लाइन पर किया ताकि प्रत्येक कार्य के लिए सबसे अच्छे "कैंची" का चयन किया जा सके, फिर स्वस्थ दाताओं से ली गई ताज़ा मानव प्रतिरक्षा कोशिकाओं पर आगे बढ़े। एक बार जब उन्होंने सफलतापूर्वक रिसेप्टर्स को अक्षम कर दिया, तो उन्होंने इन संपादित कोशिकाओं को स्तन कैंसर कोशिकाओं के साथ एक त्रि-आयामी मॉडल में मिलाया जो वास्तविक ट्यूमर के भीड़भाड़ वाले वातावरण की नकल करता है। उन्हें एक सप्ताह तक परस्पर क्रिया करने देने के बाद, उन्होंने उन प्रतिरक्षा कोशिकाओं को अलग किया जो ट्यूमर के वातावरण में बस गई थीं और यह देखने के लिए उनके आनुवंशिक निर्देशों को पढ़ा कि उनका व्यवहार कैसे बदला है।

परिणामों से पता चला कि प्रतिरक्षा कोशिकाएं केवल "अच्छे" से "बुरे" या इसके विपरीत में स्विच नहीं कर रही थीं। इसके बजाय, पांच में से किसी भी शुगर-रीडिंग रिसेप्टर के साथ संबंध तोड़ने से कोशिकाओं ने अपने आंतरिक ऊर्जा तंत्र को आश्चर्यजनक तरीकों से पुनर्गठित किया। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब इन रिसेप्टर्स को अक्षम किया गया, तो कोशिकाओं ने लगातार इस बात को बदला कि वे अपने ईंधन का प्रबंधन कैसे करती हैं। उन्होंने अपने चयापचय (metabolism) को बदल दिया, जिससे ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए वसा और शर्करा के प्रसंस्करण का तरीका बदल गया। यह चयापचय परिवर्तन यादृच्छिक नहीं था; यह एक समन्वित प्रतिक्रिया थी जो उनके द्वारा परीक्षण किए गए सभी विभिन्न रिसेप्टर्स में हुई, जो यह सुझाव देती है कि ये शुगर रीडर्स ऊर्जा प्रबंधन से गहराई से जुड़े हुए हैं। हालांकि, विशिष्ट परिवर्तन इस बात पर निर्भर थे कि कौन सा रिसेप्टर हटाया गया। उदाहरण के लिए, एक रिसेप्टर जिसे CLEC6A कहा जाता है, उसे अक्षम करने से कोशिका की नई रक्त वाहिकाएं बनाने की प्रेरणा कम हो गई और कम ऑक्सीजन से जुड़े संकेतों में कमी आई, जो ट्यूमर-सहायक वातावरण की सामान्य विशेषताएं हैं। दूसरे, CD209 को अक्षम करने का रक्त वाहिका वृद्धि पर समान प्रभाव पड़ा लेकिन इसने लिपिड (lipids) को संभालने के तरीके को भी बदल दिया।

शायद सबसे चौंकाने वाला निष्कर्ष यह था कि आनुवंशिक संपादन की शक्ति हमेशा जैविक परिवर्तन की शक्ति की भविष्यवाणी नहीं करती थी। एक रिसेप्टर, CLEC4E, को अक्षम करना बहुत कठिन था; शोधकर्ता केवल लगभग पाँचवें हिस्से की कोशिकाओं में ही जीन को तोड़ पाए थे। फिर भी, भले ही सफलता की दर इतनी कम थी, सफलतापूर्वक संपादित कोशिकाओं ने अपने आंतरिक कार्यक्रमों में एक व्यापक बदलाव दिखाया, विशेष रूप से यह कि वे तनाव का प्रबंधन कैसे करती हैं और वसा को कैसे संसाधित करती हैं। यह सुझाव देता है कि भले ही कुछ संख्या में कोशिकाएं इस विशिष्ट रिसेप्टर को खो देती हैं, तो भी यह उनके व्यवहार में एक शक्तिशाली बदलाव ला सकता है। इसके विपरीत, दूसरा रिसेप्टर, SELL, को अक्षम करना बहुत आसान था, जिसमें अधिकांश कोशिकाओं में जीन टूट गया था, लेकिन कोशिका के व्यवहार में होने वाले परिणामी परिवर्तन बहुत सीमित थे। यह हमें बताता है कि एक रिसेप्टर का महत्व केवल इस बारे में नहीं है कि उसे कितनी आसानी से बंद किया जा सकता है, बल्कि इस बारे में है कि वह कोशिका के समग्र कार्य के लिए कितना महत्वपूर्ण है।

इस अध्ययन ने यह भी स्पष्ट किया कि ये कोशिकाएं क्या नहीं कर रही हैं। शोधकर्ता इस बात पर विचार कर रहे थे कि क्या इन शुगर रीडर्स को हटाने से प्रतिरक्षा कोशिकाएं केवल आक्रामक, सूजन-लड़ने वाली मशीनों में बदल जाएंगी। डेटा ने दिखाया कि ऐसा नहीं था। एक समान "लड़ने" वाले मोड में स्विच करने के बजाय, कोशिकाओं ने एक जटिल, मिश्रित अवस्था अपना ली जो इस पर विशिष्ट थी कि कौन सा रिसेप्टर गायब था। वे मानक सूजन वाली कोशिकाएं नहीं बनीं; वे एक विशिष्ट चयापचय पहचान वाली कोशिकाएं बन गईं। यह पुराने विचार को चुनौती देता है कि ट्यूमर में प्रतिरक्षा कोशिकाएं केवल एक एकल "बुरे" मोड में फंसी हुई हैं जिसे एक एकल स्विच द्वारा ठीक किया जा सकता है। इसके बजाय, वे एक गतिशील अवस्था में हैं, जो ट्यूमर से प्राप्त शुगर संकेतों के आधार पर अपने ऊर्जा उपयोग और सिग्नलिंग को लगातार समायोजित करती रहती हैं।

इन परिवर्तनों का मानचित्रण करके, शोधकर्ताओं ने पहचाना कि भविष्य की चिकित्साओं के लिए कौन से रिसेप्टर्स सबसे आशाजनक लक्ष्य हैं। उन्होंने पाया कि CLEC6A और CLEC4E विशेष रूप से प्रभावशाली थे, जिनके निष्कासन से कोशिका के व्यवहार में सबसे महत्वपूर्ण परिवर्तन आए, भले ही CLEC4E को संपादित करना कठिन था। यह सुझाव देता है कि ये दो रिसेप्टर्स ट्यूमर-सहायक अवस्था को बनाए रखने के लिए सबसे महत्वपूर्ण हो सकते हैं। इस कार्य ने यह भी पुष्टि की कि CD209 और SIGLEC9 रिसेप्टर्स ट्यूमर के शुगर कोट को महसूस करने में भूमिका निभाते हैं, और उन्हें बाधित करने से कोशिका का चयापचय बदल जाता है और ट्यूमर के विकास में सहायता करने की इसकी क्षमता कम हो जाती है। अध्ययन ने यह परीक्षण नहीं किया कि क्या ये परिवर्तन किसी जीवित व्यक्ति में ट्यूमर के बढ़ने को रोक देंगे, लेकिन इसने एक स्पष्ट, विस्तृत मानचित्र प्रदान किया कि कैसे ये शुगर-रीडिंग रिसेप्टर्स ट्यूमर के आसपास की प्रतिरक्षा कोशिकाओं के आंतरिक जीवन को नियंत्रित करते हैं। यह दर्शाता है कि ट्यूमर में प्रतिरक्षा प्रणाली के व्यवहार को बदलने के लिए, हमें केवल सक्रियण या दमन से परे देखने की आवश्यकता हो सकती है और इसके बजाय इस पर ध्यान केंद्रित करने की आवश्यकता है कि ये कोशिकाएं अपनी ऊर्जा का प्रबंधन कैसे करती हैं और ट्यूमर वातावरण की शुगर भाषा के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करती हैं।