METTL1 promotes ribosome biogenesis by regulating CCDC86 through its interaction with NAT10

प्रत्येक जीवित कोशिका के भीतर, एक हलचल भरी फैक्ट्री होती है जो उन मशीनों को बनाने के लिए समर्पित होती है जो प्रोटीन बनाती हैं। इन मशीनों को राइबोसोम कहा जाता है, और वे जीवन के लिए आवश्यक हैं क्योंकि प्रोटीन वे कार्यकर्ता हैं जो शरीर में लगभग हर कार्य को पूरा करते हैं। विकास की मांगों को पूरा करने के लिए, विशेष रूप से ट्यूमर में पाई जाने वाली तेजी से विभाजित होने वाली कोशिकाओं की तरह, कोशिका को लगातार नए राइबोसोम बनाना पड़ता है। यह प्रक्रिया, जिसे राइबोसोम बायोजेनेसिस (ribosome biogenesis) के रूप में जाना जाता है, कड़ाई से नियंत्रित होती है। जब यह नियंत्रण टूट जाता है, तो कोशिकाएं अनियंत्रित रूप से बढ़ सकती हैं, जिससे कैंसर होता है। वर्षों से, वैज्ञानिक जानते थे कि एक विशिष्ट एंजाइम, जिसे METTL1 कहा जाता है, यह नियंत्रित करने में मदद करता है कि कोशिकाएं आनुवंशिक निर्देशों को कैसे पढ़ती हैं, लेकिन उनका मानना था कि यह केवल आरएनए (RNA) के एक विशिष्ट प्रकार में एक छोटा सा रासायनिक टैग जोड़ने के माध्यम से काम करता है जो प्रोटीन बनाने में मदद करता है। प्रचलित दृष्टिकोण यह था कि METTL1 सख्ती से एक रासायनिक संपादक के रूप में कार्य करता था, और इस संपादन क्षमता के बिना, यह शक्तिहीन होता।

एक नया अध्ययन इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती देता है, जो यह प्रकट करता है कि METTL1 के पास एक दूसरा, आश्चर्यजनक काम है जो उसके संपादन कौशल पर बिल्कुल भी निर्भर नहीं है। चीन मेडिकल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने पाया कि METTL1 एक सेतु (bridge) के रूप में कार्य करता है, जो भौतिक रूप से NAT10 नामक एक अन्य एंजाइम के साथ जुड़कर CCDC86 नामक प्रोटीन बनाने के निर्देशों को स्थिर करता है। यह प्रोटीन, बदले में, राइबोसोम के उत्पादन को संचालित करता है। टीम ने पाया कि जब उन्होंने रासायनिक टैग जोड़ने की METTL1 की क्षमता को अक्षम कर दिया, तब भी यह NAT10 के साथ जुड़ने और राइबोसोम के उत्पादन को बढ़ाने में सक्षम था, जिससे यह सिद्ध हुआ कि इसका एक भौतिक संयोजक के रूप में भूमिका इसके एक संपादक के रूप में भूमिका जितनी ही महत्वपूर्ण है। यह खोज उजागर करती है कि कैसे कैंसर कोशिकाएं अपनी आंतरिक मशीनरी को बढ़ाने के लिए कैसे हाईजैक कर सकती हैं, जो यह सुझाव देती है कि इस भौतिक संबंध को रोकना ट्यूमर को रोकने का एक नया तरीका हो सकता है।

शोधकर्ताओं ने हजारों मानव ट्यूमर नमूनों के डेटा को देखकर शुरुआत की कि क्या METTL1 स्वस्थ ऊतकों की तुलना में कैंसर में अधिक सामान्य है। उन्होंने पाया कि METล์1 वास्तव में स्तन, फेफड़े और लिवर के ट्यूमर सहित कई प्रकार के कैंसर में बहुत उच्च स्तर पर मौजूद था। इन नमूनों में, METTL1 का उच्च स्तर रोगियों के लिए खराब परिणामों से जुड़ा था। इसकी पुष्टि करने के लिए, टीम ने स्तन और फेफड़ों के कैंसर के रोगियों के वास्तविक ऊतक नमूनों की जांच की। सूक्ष्मदर्शी के नीचे, कैंसरयुक्त ऊतक METTL1 के साथ चमक रहे थे, जबकि उसके बगल में स्थित स्वस्थ ऊतक में बहुत कम मात्रा दिखाई दे रही थी। जब उन्होंने लैब में कैंसर कोशिकाओं का उपयोग करके इसका परीक्षण किया, तो उन्होंने देखा कि अधिक METTL1 जोड़ने से कोशिकाएं तेजी से बढ़ती हैं और अधिक कॉलोनियां बनाती हैं, जबकि इसे हटाने से उनकी वृद्धि धीमी हो गई। उन्होंने यह भी पाया कि अतिरिक्त METTL1 वाली कोशिकाएं एक डिश में ट्यूमर जैसे गोले (tumor-like balls) बनाने में बेहतर थीं, जो इस बात का संकेत है कि वे अधिक आक्रामक और स्टेम-जैसी (stem-like) हो रही हैं।

यह समझने के लिए कि METTL1 इस विकास को कैसे संचालित कर रहा था, वैज्ञानिकों ने कोशिकाओं के भीतर आनुवंशिक गतिविधि का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि जब METTL1 मौजूद होता है, तो कोशिकाएं राइबोसोम बनाने के लिए आवश्यक कच्चे माल का अधिक निर्माण करती हैं। विशेष रूप से, राइबोसोम के कोर बनाने वाले आरएनए स्ट्रैंड्स का स्तर अधिक था। इसका अर्थ था कि METTL1 सीधे तौर पर कोशिका को अधिक प्रोटीन बनाने वाली फैक्ट्रियां बनाने में मदद कर रहा था। टीम ने फिर एक महत्वपूर्ण प्रश्न पूछा: METTL1 यह कैसे करता है? वे जानते थे कि यह आमतौर पर आरएनए में m7G नामक एक रासायनिक संशोधन जोड़कर काम करता है, लेकिन उन्हें संदेह था कि कोई अन्य तरीका भी हो सकता है। उन्होंने एक तकनीक का उपयोग किया जिससे METTL1 को कोशिका से बाहर निकाला गया, साथ ही उसके साथ जुड़े किसी भी प्रोटीन को भी पहचाना गया। उनके द्वारा पाया गया सबसे मजबूत साथी NAT10 था, जो एक ऐसा एंजाइम है जो ac4C नामक एक अलग रासायनिक टैग जोड़ने के लिए जाना जाता है, जो आरएनए को टूटने से बचाने में मदद करता है।

टीम जानना चाहती थी कि क्या METTL1 को NAT10 के साथ काम करने के लिए अपनी सामान्य संपादन क्षमता की आवश्यकता है। उन्होंने METTL1 का एक ऐसा संस्करण बनाया जो टूटा हुआ था और रासायनिक टैग जोड़ने में असमर्थ था। आश्चर्यजनक रूप से, इस टूटे हुए संस्करण ने भी काम करने वाले संस्करण की तरह ही NAT10 को उतनी ही मजबूती से पकड़ा। यह एक बड़ा सुराग था कि दोनों प्रोटीन एक ऐसे तरीके से मिलकर काम कर रहे थे जिसमें METTL1 का सक्रिय होना आवश्यक नहीं था। आगे के प्रयोगों से पता चला कि METTL1 और NAT10 कोशिका के केंद्रक (nucleus) में एक साथ बैठते हैं, और वे NAT10 के एक विशिष्ट भाग, जिसे ac4C कैटालिटिक डोमेन कहा जाता है, के माध्यम से भौतिक रूप से परस्पर क्रिया करते हैं। जब शोधकर्ताओं ने NAT10 से इस विशिष्ट डोमेन को हटा दिया, तो दोनों प्रोटीन आपस में जुड़ नहीं सके।

अगला कदम यह पता लगाना था कि यह साझेदारी वास्तव में कोशिका के आनुवंशिक निर्देशों के साथ क्या करती है। शोधकर्ताओं ने CCDC86 नामक एक विशिष्ट जीन की पहचान की जो इस METTL1-NAT10 टीम का लक्ष्य प्रतीत होता था। उन्होंने पाया कि जब METTL1 मौजूद होता है, तो यह CCDC86 के आरएनए निर्देशों तक NAT10 को लाने (recruit करने) में मदद करता है। एक बार जब NAT10 वहां पहुँच जाता है, तो वह आरएनए में सुरक्षात्मक ac4C टैग जोड़ता है, जिससे निर्देश लंबे समय तक टिके रहते हैं और कोशिका को अधिक CCDC86 प्रोटीन बनाने की अनुमति मिलती है। महत्वपूर्ण रूप से, यहाँ तक कि टूटे हुए, गैर-संपादन वाले METTL1 संस्करण ने भी इस कार्य को करने के लिए NAT10 को नियुक्त करने में सक्षमता दिखाई। हालांकि, यदि शोधकर्ताओं ने NAT10 को बाधित किया या ac4C टैग जोड़ने की इसकी क्षमता को हटाया, तो CCDC86 में होने वाली वृद्धि समाप्त हो गई। इससे यह सिद्ध हुआ कि METTL1 एक रिक्रूटर (recruiter) के रूप में कार्य कर रहा था, जो NAT10 को सही स्थान पर लेकर आता है ताकि CCDC86 संदेश को स्थिर किया जा सके।

अंत में, टीम ने यह परीक्षण किया कि क्या CCDC86 ही कोशिकाओं के इतनी तेजी से बढ़ने का कारण था। जब उन्होंने कोशिकाओं में CCDC86 की मात्रा को कम किया, तो कोशिकाओं ने उतनी तेजी से बढ़ना बंद कर दिया और ट्यूमर स्फेयर (tumor spheres) बनाने की अपनी क्षमता खो दी। उन्होंने यह भी पाया कि CCDC86 के बिना, कोशिकाएं राइबोसोम कुशलतापूर्वक नहीं बना सकती थीं, और प्रोटीन उत्पादन की समग्र प्रक्रिया धीमी हो गई। इसने पुष्टि की कि CCDC86 राइबोसोम उत्पादन और ट्यूमर वृद्धि का एक प्रमुख चालक है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि METTL1 न केवल आरएनए को संपादित करके, बल्कि एक स्कैफोल्ड (scaffold) के रूप में कार्य करके कैंसर के विकास को बढ़ावा देता है जो NAT10 को CCDC86 आरएनए तक लाता है, उसे सुरक्षित करता है और यह सुनिश्चित करता है कि कोशिका के पास उसके तीव्र विस्तार को ईंधन देने के लिए पर्याप्त राइबोसोम हों। यह खोज बताती है कि इन प्रोटीनों के बीच का भौतिक संपर्क कैंसर में एक महत्वपूर्ण तंत्र है, जो उस रासायनिक संपादन से स्वतंत्र रूप से कार्य करता है जिसके लिए METTL1 प्रसिद्ध है।