Identification of novel compound heterozygous PFKM variants in a patient with chronic haemolytic anaemia: genotype–phenotype correlation and structural insights and Mutation update

प्रत्येक लाल रक्त कोशिका के भीतर, एक छोटा लेकिन महत्वपूर्ण कारखाना कोशिका को जीवित रखने के लिए चौबीसों घंटे काम करता है। यह कारखाना ग्लाइकोलाइसिस नामक एक प्रक्रिया पर चलता है, जो ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए चीनी (शुगर) को तोड़ने वाला एक रासायनिक मार्ग है। शरीर की अधिकांश कोशिकाओं के विपरीत, लाल रक्त कोशिकाओं में माइटोकॉन्ड्रिया नहीं होते हैं, जो अन्य ऊतकों में पाए जाने वाले पावर प्लांट होते हैं, इसलिए वे अपनी ऊर्जा आवश्यकताओं के लिए पूरी तरह से इस चीनी जलाने वाली प्रक्रिया पर निर्भर रहती हैं। इस कारखाने में एक प्रमुख कार्यकर्ता एक एंजाइम है जिसे फॉस्फोफ्रक्टोकाइनेज, या PFK कहा जाता है। यह एंजाइम एक द्वारपाल की तरह कार्य करता है, जो इस गति को नियंत्रित करता है जिस पर चीनी मार्ग के माध्यम से आगे बढ़ती है। यदि यह द्वारपाल ठीक से काम करना बंद कर देता है, तो कोशिका पर्याप्त ऊर्जा नहीं बना पाती है, और लाल रक्त कोशिका विफल होने लगती है और समय से पहले टूटने लगती है। जब यह पूरे शरीर में होता है, तो यह हेमोलिटिक एनीमिया नामक स्थिति की ओर ले जाता है, जहाँ रक्त में ऑक्सीजन ले जाने के लिए पर्याप्त स्वस्थ लाल कोशिकाएं नहीं होती हैं।

जबकि इस एंजाइम से जुड़ी समस्याएं अक्सर मांसपेशियों की कमजोरी और व्यायाम के दौरान दर्द से जुड़ी होती हैं, वे कभी-कभी एक अलग तरीके से भी सामने आ सकती हैं, जो केवल रक्त को प्रभावित करती हैं। भारत के शोधकर्ताओं की एक हालिया रिपोर्ट में एक ऐसे रोगी का वर्णन किया गया है जो वर्षों से क्रोनिक एनीमिया और पीलिया के साथ जी रही थी, फिर भी उसने मांसपेशियों की ऐंठन का अनुभव कभी नहीं किया जो आमतौर पर इस विकार से जुड़ी होती है। उन्नत जेनेटिक सीक्वेंसिंग और कंप्यूटर मॉडलिंग का उपयोग करके, टीम ने रोगी के डीएनए में दो नए जेनेटिक दोषों की पहचान की, जिन्होंने उसकी स्थिति को स्पष्ट किया। उनके काम ने न केवल इस व्यक्ति के लिए एक लंबे समय से चले आ रहे चिकित्सा रहस्य को सुलझाया, बल्कि इस बात के वैश्विक पपड़े में दो नए टुकड़े भी जोड़े कि कैसे जेनेटिक परिवर्तन इस आवश्यक एंजाइम के आकार और कार्य को बदल सकते हैं।

रोगी एक तैंतीस वर्षीय महिला थी जो बचपन से ही त्वचा और आंखों के बार-बार पीले होने से पीड़ित थी। वर्षों तक उसने उल्टी और थकान के दौरों को सहा, और उसे कम हीमोग्लोबिन स्तर को प्रबंधित करने के लिए कई बार रक्त आधान (ब्लड ट्रांसफ्यूजन) प्राप्त करना पड़ा था। जब डॉक्टरों ने पहली बार उसकी जांच की, तो उन्होंने स्पष्ट संकेत पाए कि उसकी लाल रक्त कोशिकाएं उसके शरीर द्वारा प्रतिस्थापित किए जाने से कहीं अधिक तेजी से नष्ट हो रही थीं। उसका लिवर और पित्ताशय भी तनाव में थे, जो टूटी हुई रक्त कोशिकाओं को संसाधित करने की कोशिश में शरीर का एक सामान्य परिणाम है। मानक परीक्षणों ने रक्त कोशिकाओं के विनाश के सबसे सामान्य कारणों, जैसे कि G6PD एंजाइम की कमी या पाइरूवेट किनेज एंजाइम के दोष को खारिज कर दिया। हालांकि, PFK एंजाइम के लिए एक विशिष्ट परीक्षण ने खुलासा किया कि इसकी गतिविधि गंभीर रूप से कम हो गई थी, जो केवल 2.1 यूनिट प्रति ग्राम हीमोग्लोबिन थी, जो सामान्य सीमा 5.5 से 10.8 से बहुत नीचे थी। यह सीधे तौर पर टारुई रोग (Tarui disease), या ग्लाइकोजन स्टोरेज डिजीज टाइप VII की ओर इशारा करता था, जो PFK एंजाइम की विफलता के कारण होता है।

सटीक कारण खोजने के लिए, मेडिकल टीम ने होल-एक्सोम सीक्वेंसिंग (whole-exome sequencing) की ओर रुख किया, जो एक तकनीक है जो किसी व्यक्ति के डीएनए में प्रोटीन-कोडिंग निर्देशों को पढ़ती है। वे उस जीन में त्रुटियों की तलाश कर रहे थे जो PFK एंजाइम के मांसपेशी संस्करण को प्रदान करता है, जिसे PFKM के रूप में जाना जाता है। खोज में दो अलग-अलग जेनेटिक बदलाव मिले, एक रोगी द्वारा अपने माता-पिता से विरासत में मिले जीन की प्रत्येक प्रति में। पहला परिवर्तन जीन के एक हिस्से में हुआ जिसे एक्सॉन 6 (exon 6) कहा जाता है, जहाँ जेनेटिक कोड में एक अक्षर बदला गया, जिससे प्रोटीन के स्थान 184 पर एक बिल्डिंग ब्लॉक 'आर्जिनिन' को 'ट्रिप्टोफैन' में बदल दिया गया। दूसरा बदलाव एक्सॉन 11 में पाया गया, जहाँ एक अलग बदलाव ने ल्यूसीन बिल्डिंग ब्लॉक को प्रोलाइन में बदल दिया, जो स्थान 324 पर स्थित था। इनमें से कोई भी विशिष्ट त्रुटि पहले मेडिकल लिटरेचर में नहीं देखी गई थी, जो इन्हें नवीन खोज बनाती है। शोधकर्ताओं ने सेंगर सीक्वेंसिंग (Sanger sequencing) नामक एक मानक प्रयोगशाला विधि का उपयोग करके इन निष्कर्षों की पुष्टि की, जो जेनेटिक कोड की सटीक पुन: जाँच के रूप में कार्य करती है।

इन सूक्ष्म परिवर्तनों से इतनी बड़ी समस्या कैसे उत्पन्न हो सकती है, इसे समझने के लिए शोधकर्ताओं ने एंजाइम के त्रि-आयामी (three-dimensional) आकार को देखा। शोधकर्ताओं ने रोगी की कोशिकाओं के भीतर क्या हो रहा है, इसे देखने के लिए खरगोश के PFK एंजाइम की ज्ञात संरचना पर आधारित एक कंप्यूटर मॉडल का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि पहला दोष, स्थान 184 पर, एक महत्वपूर्ण क्षेत्र में हुआ था जहाँ एंजाइम ADP नामक अणु से जुड़ता है, जो इसकी गतिविधि को नियंत्रित करने में मदद करता है। एक स्वस्थ एंजाइम में, यह स्थान प्रोटीन के पड़ोसी भाग के साथ एक स्थिर संबंध बनाता है। नया ट्रिप्टोफैन बिल्डिंग ब्लॉक उस स्थान में फिट होने के लिए बहुत बड़ा था, जिसने प्रभावी रूप से तंत्र को जाम कर दिया और एंजाइम को खुद को ठीक से विनियमित करने से रोक दिया। दूसरा दोष, स्थान 324 पर, प्रोटीन के एक सघन कोर (core) में हुआ था जो एंजाइम के आकार को थामे रखता है। लचीले ल्यूसीन को कठोर प्रोलाइन से बदलने से स्थानीय संरचना विकृत हो गई, जो बिल्कुल वैसा ही था जैसे किसी लचीले जोड़ में एक सख्त हिंज (hinge) डालने की कोशिश करना। इस विरूपण ने एंजाइम की समग्र स्थिरता को कमजोर कर दिया, जिससे वह टूटने या कार्य करने में विफल होने के प्रति संवेदनशील हो गया।

रोगी का मामला इस बात पर प्रकाश डालता है कि जेनेटिक बीमारियाँ कैसे प्रकट हो सकती हैं। जबकि टारुई रोग को शास्त्रीय रूप से व्यायाम के दौरान मांसपेशियों के दर्द और थकान का कारण बताने वाली स्थिति के रूप में वर्णित किया जाता है, इस रोगी में मांसपेशियों के लगभग कोई लक्षण नहीं दिखे। इसके बजाय, उसका शरीर हेमोलिटिक एनीमिया के प्रभावों से प्रभावित था। यह सुझाव देता है कि उसके द्वारा वह सामना किए गए विशिष्ट जेनेटिक दोषों के संयोजन ने एंजाइम को इस तरह प्रभावित किया कि इसने लाल रक्त कोशिकाओं को सबसे अधिक प्रभावित किया, शायद इसलिए क्योंकि ये कोशिकाएं जीवित रहने के लिए ग्लाइकोलाइसिस पर बहुत अधिक निर्भर करती हैं। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि दोनों त्रुटियों ने संभवतः एंजाइम को अस्थिर करने के लिए मिलकर काम किया, जिसमें एक ने इसके नियामक स्विच को बाधित किया और दूसरे ने इसके संरचनात्मक आधार को कमजोर किया। यह दोहरा हमला समझाता है कि एंजाइम की गतिविधि इतनी कम क्यों थी और लाल रक्त कोशिकाएं जीवित क्यों नहीं रह सकीं।

जेनेटिक निदान के बाद, मेडिकल टीम ने वर्षों के क्रोनिक एनीमिया से उत्पन्न जटिलताओं के उपचार पर ध्यान केंद्रित किया। रोगी को पित्त नलिकाओं में पित्त पथरी (gallstones) और सूजन विकसित हो गई थी, जो टूटी हुई रक्त कोशिकाओं द्वारा उत्पादित बिलीरुबिन के उच्च स्तर का सीधा परिणाम था। उसे पित्त प्रवाह को सुचारू बनाने और रुकावट को दूर करने के लिए पित्त नली में स्टेंट लगाने की प्रक्रिया से गुजरा। कुछ दिनों के दौरान, उसका बिलीरुबिन स्तर काफी कम हो गया, और वह बेहतर महसूस करने लगी, और अंततः उसे पित्ताशय को हटाने की सर्जरी की योजना के साथ छुट्टी दे दी गई। उसके तीव्र लक्षणों के सफल उपचार ने, जेनेटिक निदान के साथ मिलकर, उसके उपचार और भविष्य की पारिवारिक योजना के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान किया।

यह रिपोर्ट PFK की कमी का कारण बनने वाले जेनेटिक विविधताओं की बढ़ती सूची में दो नए प्रविष्टियाँ जोड़ती है। इन विशिष्ट त्रुटियों को दर्ज करके और यह दिखाकर कि वे एंजाइम की संरचना को कैसे बदलते हैं, यह अध्ययन अन्य डॉक्टरों को यह पहचानने में मदद करता है कि यह दुर्लभ बीमारी बिना क्लासिक मांसपेशियों के लक्षणों के, केवल रक्त समस्याओं के साथ भी प्रकट हो सकती है। यह कार्य यह भी प्रदर्शित करता है कि आधुनिक जेनेटिक सीक्वेंसिंग को कंप्यूटर मॉडलिंग के साथ जोड़कर यह समझना कितना शक्तिशाली है कि डीएनए में एक एकल अक्षर का परिवर्तन कैसे बीमारी का कारण बन सकता है। रोगी के लिए, इसका अर्थ था एक अनसुलझी बीमारी की स्थिति से निकलकर अपनी स्थिति की स्पष्ट समझ प्राप्त करना, जिससे लक्षित प्रबंधन और जेनेटिक काउंसलिंग संभव हो सकी। जैसे-जैसे इस तरह के अधिक मामले पहचाने जाते हैं, चिकित्सा जगत को इस एंजाइम के विफल होने के पूर्ण दायरे की बेहतर तस्वीर मिलेगी, जिससे दुर्लभ मेटाबॉलिक विकारों वाले लोगों के लिए अधिक सटीक निदान और बेहतर देखभाल सुनिश्चित होगी।