MicroRNA Profiling of Human Primary Trabecular Meshwork Cell, Trabecular Meshwork Progenitor Cell Spheres and Their Differentiated Cells

आंख के भीतर, ट्रैबेकुलर मेशवर्क (trabecular meshwork) नामक एक सूक्ष्म लेकिन महत्वपूर्ण ऊतक एक ड्रेनेज फिल्टर के रूप में कार्य करता है, जो तरल पदार्थ को बाहर निकलने देता है और दबाव को सुरक्षित स्तर पर बनाए रखता है। जब इस फिल्टर को बनाने वाली कोशिकाएं मर जाती हैं या काम करना बंद कर देती हैं, तो तरल पदार्थ जमा होने लगता है, दबाव बढ़ जाता है, और ऑप्टिक नर्व (दृष्टि तंत्रिका) को नुकसान पहुँच सकता है, जिससे 'प्राइमरी ओपन-एंगल ग्लूकोमा' नामक स्थिति उत्पन्न होती है। यह रोग दुनिया भर में स्थायी अंधापन का प्रमुख कारण है। वर्षों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि आंख में अपरिपक्व कोशिकाओं, या प्रोजेनिटर्स (progenitors) का एक छोटा भंडार होता है, जो सैद्धांतिक रूप से खोए हुए फिल्टर सेल्स की जगह ले सकते हैं और कार्य को बहाल कर सकते हैं। हालांकि, यह रहस्य बना रहा कि ये प्राकृतिक मरम्मत दल ग्लूकोमा के दौरान आंख को बचाने में विफल क्यों हो जाते हैं। प्रश्न केवल यह नहीं है कि क्या ये कोशिकाएं मौजूद हैं, बल्कि यह भी है कि उन्हें कैसे नियंत्रित किया जाता है, कौन से संकेत उन्हें युवा रहने के लिए कहते हैं, और वे कौन से बल हैं जो तनाव के समय उन्हें बदलने या काम करना बंद करने के लिए प्रेरित करते हैं।

इस पहेली को सुलझाने के लिए, लिवरपूल और अल्स्टर विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने माइक्रोआरएनए (microRNA) नामक एक विशिष्ट प्रकार के आनुवंशिक निर्देश की ओर अपना ध्यान केंद्रित किया। ये सूक्ष्म अणु हैं जो स्वयं प्रोटीन का निर्माण नहीं करते हैं, बल्कि स्विच के रूप में कार्य करते हैं, जो यह नियंत्रित करने के लिए अन्य जीन को चालू या बंद करते हैं कि एक कोशिका कैसे व्यवहार करती है। टीम ने उन विशिष्ट स्विचों का मानचित्रण करना चाहा जो आंख के मरम्मत सेल्स की पहचान को ड्रेनेज फिल्टर के परिपक्व, कामकाजी सेल्स से अलग करते हैं। उन्होंने 21 से 85 वर्ष की आयु के तीन मानव दाताओं की आंखों से ऊतक एकत्र किए। इस ऊतक से, उन्होंने परिपक्व ड्रेनेज सेल्स को अलग किया और साथ ही अपरिपक्व प्रोजेनिटर क्लस्टर्स को भी निकाला, जिन्हें उन्होंने छोटे, तैरते हुए समूहों में विकसित किया जो कोशिकाओं की प्राकृतिक अवस्था के समान दिखते हैं। फिर उन्होंने इनमें से कुछ क्लस्टर्स को विभेदित (differentiated) कोशिकाओं में विकसित होने दिया, जिससे तुलना के लिए तीन अलग-अलग समूह बने: मूल परिपक्व कोशिकाएं, अपरिपक्व प्रोजेनिटर क्लस्टर्स, और नवनिर्मित परिपक्व कोशिकाएं।

उन्नत अनुक्रमण तकनीक (sequencing technology) का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने प्रत्येक समूह में मौजूद आनुवंशिक निर्देशों को पढ़ा ताकि यह देखा जा सके कि कौन से माइक्रोआरएनए स्विच सक्रिय थे। उन्होंने पाया कि अपरिपक्व प्रोजेनिटर क्लस्टर्स के पास एक बहुत ही विशिष्ट आनुवंशिक हस्ताक्षर (genetic signature) था, जो परिपक्व कोशिकाओं से काफी भिन्न था। इस हस्ताक्षर में अठारह विशिष्ट माइक्रोआरएनए शामिल थे जो विभिन्न दाताओं में लगातार सक्रिय या निष्क्रिय थे। जब टीम ने देखा कि ये अठारह स्विच किन जैविक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं, तो एक स्पष्ट तस्वीर उभर कर आई। वे कोशिकाओं को एक लचीली, स्टेम-जैसी अवस्था में रखने, कोशिका के परिवेश के निर्माण सामग्री के प्रबंधन और टीजीएफ-बीटा (TGF-beta) नामक एक विशिष्ट रासायनिक संकेत के प्रति प्रतिक्रिया करने में गहराई से शामिल थे। यह रसायन ग्लूकोमा वाले लोगों की आंखों में बढ़ा हुआ पाया जाता है और यह रोग का एक प्रमुख चालक है।

शोधकर्ताओं ने अपने निष्कर्षों को इस पिछले डेटा के साथ क्रॉस-रेफरेंस किया कि कैसे आंख के ड्रेनेज सेल्स टीजीएफ-बीटा के उच्च स्तर के संपर्क में आने पर प्रतिक्रिया करते हैं। उन्होंने एक चौंकाने वाला विरोधाभास पाया। आठ माइक्रोआरएनए, जो स्वस्थ, अपरिपक्व मरम्मत कोशिकाओं में सक्रिय थे, बीमारी पैदा करने वाले रसायन के संपर्क में आने पर विपरीत दिशा में बदल गए। उदाहरण के लिए, एक माइक्रोआरएनए जिसने मरम्मत कोशिकाओं की क्षमता बनाए रखने में मदद की थी, रसायन की उपस्थिति में दब गया, जबकि अन्य जो कोशिकाओं को नियंत्रण में रखते थे, वे बढ़ गए। यह सुझाव देता है कि ग्लूकोमा में बढ़ने वाला वही रासायनिक संकेत आंख की प्राकृतिक मरम्मत प्रणाली के विरुद्ध सक्रिय रूप से कार्य करता है, प्रभावी रूप से उन निर्देशों को चुप करा देता है जो प्रोजेनिटर कोशिकाओं को खोए हुए ऊतकों को बदलने की अनुमति देते हैं।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि उनके निष्कर्ष केवल एक परीक्षण पद्धति का संयोग नहीं हैं, टीम ने नैनोस्ट्रिंग (NanoString) नामक एक अलग, अत्यधिक सटीक तकनीक का उपयोग करके माप को दोहराया, जो प्रवर्धन (amplification) के बिना सीधे अणुओं की गिनती करती है। परिणाम पूरी तरह से मेल खाए, जिससे पुष्टि हुई कि अठारह माइक्रोआरएनए आंख के मरम्मत सेल्स का एक विश्वसनीय हस्ताक्षर बनाते हैं। टीम ने यह भी मानचित्रित किया कि ये माइक्रोआरएनए किन जीनों को नियंत्रित करने की संभावना रखते हैं। उन्होंने पाया कि ये स्विच कोशिका विभाजन और रासायनिक संकेतों के स्वागत में शामिल प्रमुख जीनों को लक्षित करते हैं, जिनमें वे जीन भी शामिल हैं जो कोशिका को यह निर्णय लेने में मदद करते हैं कि उसे युवा रहना है या विशेषज्ञ बनना है। सबसे महत्वपूर्ण लक्ष्यों में से एक वह जीन था जो कोशिका को टीजीएफ-बीटा सिग्नल प्राप्त करने में मदद करता है; यह जीन मरम्मत कोशिकाओं में कम पाया गया, जिससे पता चलता है कि कोशिकाएं स्वाभाविक रूप से उन तनाव संकेतों के प्रति कम संवेदनशील होने के लिए ट्यून की गई हैं जो ग्लूकोमा को बढ़ावा देते हैं।

यह अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि इसने ग्लूकोमा का इलाज खोज लिया है या यह सिद्ध कर दिया है कि इन कोशिकाओं को रोगी में आसानी से पुनर्जीवित किया जा सकता है। इसके बजाय, यह एक सटीक आणविक मानचित्र प्रदान करता है कि आंख के मरम्मत सेल्स वर्तमान में कैसे विनियमित होते हैं और रोग के वातावरण द्वारा यह विनियमन कैसे बाधित होता है। लेखक सुझाव देते हैं कि इन विशिष्ट माइक्रोआरएनए के नियंत्रण की यह विस्तृत समझ भविष्य के उपचारों के लिए संभावित लक्ष्यों का एक नया सेट प्रदान करती है। इन विशिष्ट माइक्रोआरएनए की नकल या उन्हें ब्लॉक करने वाले ड्रग्स विकसित करके, यह संभव हो सकता है कि भविष्य में आंख के निवासी मरम्मत सेल्स को उच्च दबाव और रासायनिक तनाव के हानिकारक प्रभावों से बचाया जा सके, या उन्हें खोए हुए फिल्टर सेल्स को बदलने के लिए प्रेरित किया जा सके। फिलहाल, यह कार्य इन मायावी कोशिकाओं की आनुवंशिक पहचान की एक स्पष्ट परिभाषा और इस बात का प्रदर्शन है कि कैसे रोग का वातावरण शरीर के अपने मरम्मत के प्रयासों का सक्रिय रूप से विरोध करता है।