Regulation of RAS-GTPase Activity by Oncofetal Chondroitin Sulfate (Chondroitin 4-Sulfate) and Arylsulfatase B

कैंसर अक्सर कोशिका के भीतर एक टूटे हुए स्विच से शुरू होता है। यह स्विच RAS नामक एक प्रोटीन है, जो कोशिका वृद्धि के लिए एक द्वारपाल (gatekeeper) के रूप में कार्य करता है। जब द्वार बंद होता है, तो कोशिका शांत रहती है; जब यह खुला होता है, तो कोशिका को विभाजित होने का संकेत मिलता है। कई आक्रामक ट्यूमर में, यह द्वार खुला रहने की स्थिति में फंस जाता है, जिससे कोशिकाएं अनियत्रित रूप से बढ़ने लगती हैं। दशकों से, वैज्ञानिक इस टूटे हुए स्विच को ठीक करने के लिए संघर्ष कर रहे हैं क्योंकि प्रोटीन की आकृति ऐसी है कि मानक दवाओं के लिए इसे पकड़ना लगभग असंभव है। हालांकि हाल ही के उपचारों ने इस स्विच के विशिष्ट टूटे हुए संस्करणों को लक्षित करना सीख लिया है, लेकिन वे हर मरीज के लिए काम नहीं करते हैं, और कैंसर अक्सर उनसे बचने का रास्ता खोज लेता है। इसने शोधकर्ताओं को एक अलग रणनीति खोजने के लिए प्रेरित किया है: सीधे टूटे हुए स्विच को ठीक करने के बजाय, वे उस संकेत को बंद करने के तरीके खोज रहे हैं जो स्विच को खुले रहने के लिए कहता है।

जेसी ब्राउन वीए मेडिकल सेंटर के शोधकर्ताओं का एक नया अध्ययन इस समस्या को हल करने के लिए एक आश्चर्यजनक मार्ग तलाशता है। उन्होंने पाया कि RAS स्विच की गतिविधि कोशिका की सतह पर पाए जाने वाले एक शर्करा अणु, जिसे कॉन्ड्रायटिन 4-सल्फेट (chondroitin 4-sulfate) कहा जाता है, से गहराई से जुड़ी हुई है। यह शर्करा अणुओं के एक बड़े परिवार का हिस्सा है जो हमारी कोशिकाओं को ढंकते हैं, जो कुछ हद तक एक सुरक्षात्मक कंबल या संचार नेटवर्क की तरह कार्य करते हैं। शोधकर्ताओं ने एरिअसल्फेटेस बी (Arylsulfatase B) नामक एक एंजाइम पर ध्यान केंद्रित किया, जो आणविक कैंची (molecular scissors) की तरह कार्य करता है। इसका काम कॉन्ड्रायटिन 4-सल्फेट शर्करा से एक विशिष्ट रासायनिक टैग, एक सल्फेट समूह को हटाना है। जब यह एंजाइम सामान्य रूप से कार्य करता है, तो यह शर्करा को एक विशिष्ट अवस्था में रखता है। लेकिन जब यह एंजाइम गायब या निष्क्रिय हो जाता है, तो शर्करा बहुत अधिक सल्फेट टैग के साथ जमा हो जाती है।

टीम ने यह देखने के लिए काम किया कि जब इस शर्करा का संतुलन बिगड़ जाता है तो RAS स्विच के साथ क्या होता है। उन्होंने मानव मेलानोमा कोशिकाओं (जो त्वचा के कैंसर का एक प्रकार है), सामान्य त्वचा कोशिकाओं और आंत की कोशिकाओं के साथ काम किया। लैब में, उन्होंने एरिअसल्फेटेस एंजाइम बनाने वाले जीन को चुप कराने के लिए एक सटीक विधि का उपयोग किया। जैसा कि उन्हें उम्मीद थी, एंजाइम को निष्क्रिय करने से कॉन्ड्रायटिन 4-सल्फेट शर्करा का संचय हुआ। इसके बाद उन्होंने जो पाया वह चौंकाने वाला था: RAS स्विच, जिसे शांत रहना चाहिए था, अचानक अपनी सक्रिय अवस्था में आ गया। इस स्विच की गतिविधि नाटकीय रूप रूप से बढ़ गई, कुछ मामलों में 222 प्रतिशत तक बढ़ गई। इसके विपरीत, जब शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं में एंजाइम का एक निर्मित संस्करण वापस डाला, तो शर्करा का स्तर गिर गया, और RAS स्विच की गतिविधि आधे से अधिक कम हो गई। यह पैटर्न न केवल कोशिकाओं के डिश में, बल्कि मेलानोमा ट्यूमर वाले चूहों में भी सही पाया गया, जहाँ जानवरों को एंजाइम से उपचारित करने से उनके फेफड़ों और त्वचा के ट्यूमर में RAS स्विच की गतिविधि कम हो गई।

यह समझने के लिए कि एक शर्करा अणु एक प्रोटीन स्विच को कैसे नियंत्रित कर सकता है, शोधकर्ताओं ने बीच के चरणों का पता लगाया। उन्होंने पाया कि सल्फेटेड शर्करा का संचय कोशिका में अन्य अणुओं की परस्पर क्रिया को बदल देता है। विशेष रूप से, गैलेक्टिन-3 (galectin-3) नामक एक प्रोटीन, जो आमतौर पर शर्करा से चिपकता है, जब शर्करा सल्फेट टैग से अत्यधिक लदी होती है, तो उससे जुड़ने में कठिनाई महसूस करता है। यह मुक्त-तैरता प्रोटीन फिर कोशिका में एक श्रृंखला अभिक्रिया (chain reaction) को ट्रिगर करता है जो EGFR नामक दूसरे प्रोटीन के उत्पादन को बढ़ाता है। EGFR कोशिका की सतह पर एक रिसेप्टर है जो एंटीना की तरह कार्य करता है, जो विकास संकेतों को सुनता है। जब यह एंटीना अधिक होता है, तो कोशिका विकास संकेतों के प्रति अति-संवेदनशील हो जाती है, जो बदले में RAS स्विच को खुला रखने के लिए मजबूर करती है। शोधकर्ताओं ने इसकी पुष्टि इस बात से की कि यदि वे EGFR के उत्पादन को रोक देते या उन सिग्नलिंग चरणों को रोक देते जो इसकी ओर ले जाते हैं, तो RAS गतिविधि का उछाल गायब हो जाता, भले ही शर्करा का स्तर उच्च हो।

अध्ययन ने यह भी देखा कि कोशिका इन सल्फेट टैग को मूल रूप से कैसे बनाती है। ये टैग सल्फोट्रांसफेरेज़ (sulfotransferases) नामक एंजाइमों द्वारा जोड़े जाते हैं, जो PAPS नामक एक सार्वभौमिक ईंधन स्रोत पर निर्भर करते हैं। जब शोधकर्ताओं ने इस ईंधन स्रोत की मात्रा को कम किया, तो RAS स्विच की समग्र गतिविधि थोड़ी कम हो गई, जिससे पता चलता है कि कोशिका की अपनी शर्करा को सल्फेट करने की क्षमता सीधे तौर पर इस बात से जुड़ी है कि RAS स्विच कितनी तीव्रता से कार्य करता है। दिलचस्प बात यह है कि उन्होंने पाया कि सभी शर्करा-संशोधक एंजाइमों का प्रभाव एक जैसा नहीं था। एक अलग प्रकार के टैग, एक छह-सल्फेट समूह को जोड़ने की क्षमता को हटाने से RAS स्विच में कोई बदलाव नहीं आया। इसने पुष्टि की कि कॉन्ड्रायटिन शर्करा पर विशिष्ट चार-सल्फेट टैग ही परिवर्तन को चलाने वाला महत्वपूर्ण कारक है।

चीनी और स्विच के बीच का संबंध इतना मजबूत है कि शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं में कॉन्ड्रायटिन 4-सल्फेट की मात्रा और RAS स्विच की गतिविधि के बीच एक लगभग पूर्ण मिलान पाया। जैसे-जैसे शर्करा का स्तर बढ़ा, स्विच की गतिविधि भी उसी गति से बढ़ी। उन्होंने VAR2CSA नामक एक प्रोटीन का भी परीक्षण किया, जो इस विशिष्ट प्रकार की शर्करा से मजबूती से जुड़ने के लिए जाना जाता है। उन्होंने पाया कि जब एंजाइम की कमी के कारण शर्करा का स्तर उच्च था, तो VAR2CSA इससे बहुत मजबूती से जुड़ा, जिससे इस बात की और पुष्टि हुई कि शर्करा की संरचना में इस तरह से परिवर्तन हुआ था जिसने अन्य प्रोटीनों के साथ इसकी अंतःक्रिया को बदल दिया।

यह कार्य कैंसर के विकास को नियंत्रित करने के लिए सोचने का एक नया तरीका सुझाता है। टूटे हुए RAS स्विच को बंद करने के लिए मजबूर करने के बजाय, उस विशिष्ट शर्करा के स्तर को कम करना संभव हो सकता है जो इसे खुला रखता है। एरिअसल्फेट्स एंजाइम की गतिविधि को बहाल करके या सल्फेटेड शर्करा के उत्पादन को रोककर, ट्यूमर को चलाने वाले विकास संकेतों की आवाज़ को कम करना संभव हो सकता है। शोधकर्ता उल्लेख करते हैं कि जबकि RAS प्रोटीन को लक्षित करने के लिए विशिष्ट उत्परिवर्तन (mutations) वाले नए ड्रग्स विकसित किए जा रहे हैं, यह दृष्टिकोण एक अलग कोण प्रदान करता है जो कई प्रकार के कैंसर में काम कर सकता है, चाहे विशिष्ट उत्परिवर्तन कुछ भी हो। निष्कर्ष एक ऐसे जैविक मार्ग की ओर इशारा करते हैं जहाँ कोशिका की सतह पर शर्करा अणुओं की रसायन विज्ञान, कैंसर के सबसे प्रसिद्ध चालकों के व्यवहार को निर्धारित कर सकती है, जो भविष्य के उपचारों के लिए एक नया लक्ष्य प्रदान करती है।