Integrated RNA-based functional characterization facilitates reclassification of BRCA1/2 variants of uncertain significance in a clinical cancer cohort
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि मिनीजीन परख और आरएनए अनुक्रमण सहित प्रयोगात्मक आरएनए-आधारित कार्यात्मक विश्लेषण को कम्प्यूटेशनल भविष्यवाणियों और पारिवारिक डेटा के साथ एकीकृत करने से पांच अनिश्चित महत्व वाले (variants of uncertain significance) BRCA1/2 वेरिएंट्स को सफलतापूर्वक पुनर्वर्गीकृत किया गया, जिसमें से दो को रोगजनक (pathogenic) और तीन को संभावित रूप से सौम्य (likely benign) के रूप में पहचाना गया, जिससे जटिल स्प्लिस-परिवर्तित करने वाले तंत्रों का पता चला।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। यह एक ऐसे प्रीप्रिंट की AI से तैयार की गई व्याख्या है जिसकी अभी सहकर्मी समीक्षा नहीं हुई है। यह चिकित्सकीय सलाह नहीं है। इस सामग्री के आधार पर स्वास्थ्य संबंधी फैसले न लें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
मानव शरीर की प्रत्येक कोशिका में निर्देशों का एक समूह होता है, जो डीएनए (DNA) नामक एक रासायनिक कोड में लिखा होता है, जो उसे खुद को बनाने और बनाए रखने के बारे में बताता है। इन निर्देशों के बीच विशिष्ट जीन होते हैं जो संरक्षकों के रूप में कार्य करते हैं, जो आनुवंशिक कोड के नुकसान की लगातार मरम्मत करते हैं ताकि कोशिकाओं को अनियंत्रित रूप से बढ़ने और कैंसर बनने से रोका जा सके। दो सबसे महत्वपूर्ण संरक्षक 'बीआरसीए1' (BRCA1) और 'बीआरसीए2' (BRCA2) नामक जीन हैं। जब ये जीन सही ढंग से काम करते हैं, तो वे डीएनए के टूटे हुए धागों को ठीक करने में मदद करते हैं। लेकिन जब ये जीन उनके अनुक्रम (sequence) में बदलाव, जिसे 'वेरिएंट' (variant) कहा जाता है, के कारण क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, तो मरम्मत प्रणाली विफल हो जाती है, और स्तन, डिम्बग्रंथि (ovarian) और अन्य कैंसर विकसित होने का जोखिम काफी बढ़ जाता है।
डॉक्टरों और रोगियों के लिए, इन जीनों की स्थिति जानना एक शक्तिशाली उपकरण है। यह स्क्रीनिंग, रोकथाम और उपचार के बारे में निर्णय लेने में मार्गदर्शन कर सकता है। हालाँकि, कहानी हमेशा सरल नहीं होती। जेनेटिक टेस्टिंग अक्सर डीएनए अनुक्रम में ऐसे बदलाव प्रकट करती है जो पहले कभी नहीं देखे गए या जिनके प्रभाव अज्ञात हैं। इन्हें 'अनिश्चित महत्व के वेरिएंट्स' (variants of uncertain significance) कहा जाता है। ये आनुवंशिक प्रश्न चिह्न हैं। एक डॉक्टर केवल डीएनए अनुक्रम के आधार पर किसी रोगी को यह नहीं बता सकता कि ऐसा बदलाव हानिकारक है या खतरनाक। यह अनिश्चितता परिवारों को एक कठिन स्थिति में छोड़ देती है, जिससे वे अपने स्वास्थ्य के बारे में पूरी तरह से सूचित निर्णय लेने में असमर्थ हो जाते हैं। चुनौती यह पता लगाने की है कि ये रहस्यमय परिवर्तन वास्तव में कोशिका के भीतर क्या करते हैं।
शंघाई के झोंगशान अस्पताल के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए अगले चरण को देखने का निर्णय लिया: कि डीएनए निर्देशों को आरएनए (RNA) में कैसे पढ़ा और कॉपी किया जाता है। कोशिका में, डीएनए को पहले आरएनए नामक अणु में ट्रांसक्राइब (transcribe) किया जाता है, जो फिर प्रोटीन बनाने के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है। इस आरएनए के उपयोग में आने से पहले, इसे संपादित (edit) किया जाना चाहिए। कल्पना कीजिए कि कई उपवाक्यों वाली एक लंबी वाक्य संरचना है; कोशिका को अनावश्यक हिस्सों को काटकर और महत्वपूर्ण हिस्सों को एक स्पष्ट संदेश बनाने के लिए उन्हें आपस में जोड़ना होगा। इस संपादन प्रक्रिया को 'स्प्लिसिंग' (splicing) कहा जाता है। यदि कोई आनुवंशिक वेरिएंट इस संपादन में बाधा डालता है, तो अंतिम संदेश विकृत हो जाता है, और परिणामी प्रोटीन टूटा हुआ या पूरी तरह से गायब हो सकता है। शोधकर्ताओं को संदेह था कि उनके द्वारा सामना किए गए कई अनिश्चित वेरिएंट्स इन्हीं स्प्लिसिंग त्रुटियों का कारण बन रहे हैं, लेकिन ऐसे त्रुटियों की भविष्यवाणी करने वाले कंप्यूटर प्रोग्राम अक्सर अविश्वसनीय या विरोधाभासी उत्तर देते थे।
एक निश्चित उत्तर प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने 1,762 रोगियों के एक बड़े समूह से शुरुआत की, जिन्होंने वंशानुगत कैंसर के लिए जेनेटिक टेस्टिंग करवाई थी। इस समूह से, उन्होंने बीआरसीए1 और बीआरसीए2 जीन में 60 अद्वितीय 'अनिश्चित महत्व के वेरिएंट्स' की पहचान की। वे जानते थे कि वे जीवित रोगियों में उन सभी का परीक्षण नहीं कर सकते, इसलिए उन्होंने एक चतुर प्रयोगशाला रणनीति का उपयोग किया। उन्होंने डीएनए के वे छोटे हिस्से लिए जिनमें विशिष्ट क्षेत्र शामिल थे जहाँ वेरिएंट मौजूद थे, और उन्हें मानव कोशिकाओं के भीतर उगाए गए एक साधारण, कृत्रिम सिस्टम में डाल दिया। यह सिस्टम, जिसे 'मिनीजीन' (minigene) कहा जाता है, एक लघु कारखाने की तरह कार्य करता था जो डाले गए डीएनए में दिए गए निर्देशों के आधार पर आरएनए का उत्पादन करेगा। इस कारखाने से निकलने वाले आरएनए को देखकर, वैज्ञानिक देख सकते थे कि कोशिका आनुवंशिक निर्देशों को ठीक से कैसे संसाधित करती है।
उन्होंने इस प्रयोग के लिए पांच सबसे आशाजनक उम्मीदवारों का चयन किया, उन पर ध्यान केंद्रित किया जिन्हें कंप्यूटर मॉडल ने स्प्लिसिंग समस्याओं का कारण होने की संभावना जताई थी। परिणाम प्रकट करने वाले थे। दो वेरिएंट्स, जो दोनों बीआरसीए2 जीन में स्थित थे, ने कोशिका को आरएनए को जोड़ने के तरीके में गलतियाँ करने के लिए प्रेरित किया। इनमें से एक बदलाव ने कोशिका को निर्देशों के एक पूरे खंड को छोड़ने (skip) के लिए मजबूर किया, जबकि दूसरे ने एक अधिक जटिल त्रुटि पैदा की जहाँ कोशिका ने एक खंड को छोड़ दिया और साथ ही पास के गलत शुरुआती बिंदुओं को भी पकड़ लिया। इन गलतियों के परिणामस्वरूप आरएनए संदेशों में महत्वपूर्ण जानकारी के टुकड़े गायब थे। अन्य तीन वेरिएंट्स जिनका उन्होंने परीक्षण किया, उन्होंने कोई त्रुटि नहीं की; कोशिकाओं ने उन्हें ठीक वैसे ही संसाधित किया जैसे वे सामान्य डीएनए को संसाधित करती हैं।
शोधकर्ता केवल यह देखने तक ही नहीं रुके कि त्रुटियां हुईं। वे इस गलती के पूर्ण स्वरूप को समझना चाहते थे। 'आरएनए सीक्वेंसिंग' (RNA sequencing) नामक एक तकनीक का उपयोग करके, उन्होंने दोषपूर्ण आरएनए अणुओं के सटीक अनुक्रम को पढ़ा जो उन दो समस्याग्रस्त वेरिएंट्स द्वारा उत्पादित किए गए थे। इसने पुष्टि की कि त्रुटियां वास्तविक थीं और विस्तार से बताया कि संदेश के कौन से हिस्से गायब या अतिरिक्त थे। जिस वेरिएंट ने खंड को छोड़ने (skip) का कारण बनाया था, उसमें गायब हुआ खंड अंतिम प्रोटीन में 52 निर्माण ब्लॉकों (building blocks) के एक हिस्से के अनुरूप था। इस हानि का क्या अर्थ है, यह समझने के लिए, टीम ने बीआरसीए2 प्रोटीन की संरचना को मॉडल करने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि गायब हिस्सा एक महत्वपूर्ण क्षेत्र में स्थित था जहाँ प्रोटीन अपने मरम्मत कार्य को करने के लिए दूसरे अणु के साथ परस्पर क्रिया (interact) करता है। हालांकि सिमुलेशन यह साबित नहीं कर सका कि प्रोटीन पूरी तरह से टूट गया है, लेकिन इसने दिखाया कि गायब हिस्सा एक अत्यंत संगठित और आवश्यक संरचना के महत्वपूर्ण भाग से आया था, जिससे संकेत मिलता है कि प्रोटीन संभवतः ठीक से कार्य करने में विफल रहेगा।
पहेली का अंतिम हिस्सा रोगियों के परिवारों को देखने से आया। शोधकर्ताओं ने उन दो वेरिएंट्स के आनुवंशिक इतिहास का पता लगाया जिन्होंने त्रुटियां पैदा की थीं। उन्होंने पाया कि ये परिवर्तन कई परिवार के सदस्यों में दिखाई दिए, जिनमें से कुछ ने कैंसर विकसित किया था और कुछ ने नहीं। हालांकि यह पैटर्न उस बीमारी का सटीक मेल नहीं था जो हमेशा हमला करती है, लेकिन इसने इस बात का समर्थन करने वाला साक्ष्य प्रदान किया कि ये वेरिएंट वास्तव में बीमारी से जुड़े थे। प्रयोगशाला में स्प्लिसिंग त्रुटियों के प्रमाण, प्रोटीन संरचना के कंप्यूटर मॉडल और पारिवारिक इतिहास को मिलाकर, टीम इन दो हानिकारक वेरिएंट्स को पुनर्वर्गीकृत करने में सक्षम हुई। उन्होंने उन्हें "अनिश्चित" श्रेणी से हटाकर "संभावित रोगजनक" (likely pathogenic) और "रोगजनक" (pathogenic) में स्थानांतरित कर दिया, जिससे डॉक्टरों और रोगियों को एक स्पष्ट उत्तर मिल गया। जिन तीन वेरिएंट्स ने कोई त्रुटि नहीं की थी, उन्हें 'संभावित रूप से हानिरहित' के रूप में पुनर्वर्गीकृत किया गया।
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि जब जेनेटिक टेस्टिंग एक प्रश्न चिह्न छोड़ देती है, तो कोशिका वास्तव में डीएनए को कैसे पढ़ती है, यह देखना उत्तर प्रदान कर सकता है। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि कंप्यूटर भविष्यवाणियां अकेले इन रहस्यों को सुलझाने के लिए पर्याप्त नहीं हैं क्योंकि कोशिका की संपादन मशीनरी जटिल और अप्रत्याशित तरीकों से व्यवहार कर सकती है। डीएनए में एक एकल परिवर्तन कई अलग-अलग प्रकार की त्रुटियों का कारण बन सकता है, या इसका कोई प्रभाव भी नहीं हो सकता है। प्रयोगशाला प्रयोगों, विस्तृत सीक्वेंसिंग और संरचनात्मक मॉडलिंग के संयोजन का उपयोग करके, टीम अनिश्चितता को दूर करने में सफल रही। उनका कार्य एक व्यावहारिक मार्ग प्रदान करता है, जो समान आनुवंशिक प्रश्नों को हल करने के लिए, अस्पष्ट जोखिमों को वंशानुगत कैंसर के खतरे का सामना कर रहे परिवारों के लिए स्पष्ट चिकित्सा मार्गदर्शन में बदल देता है।
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