Inhibition of Histone Methyltransferase G9a Hampers Early Embryonic Development through Disruption of Epigenetic Reprogramming and Transcriptomic Homeostasis

प्रत्येक नया जीवन एक एकल कोशिका से शुरू होता जिसे तेजी से विभाजित और रूपांतरित होना चाहिए, जिससे एक निषेचित अंडे को एक जटिल, बहुकोशिकीय भ्रूण में बदला जा सके जो एक बच्चे के रूप में विकसित होने में सक्षम हो। यह प्रक्रिया केवल कोशिकाओं के विभाजित होने का मामला नहीं है; इसके लिए कोशिका की आंतरिक निर्देश पुस्तिका के व्यापक और सटीक पुनर्गठन की आवश्यकता होती है। जिस तरह एक नए भवन के खुलने पर पुस्तकालय को फिर से व्यवस्थित और पुन: अनुक्रमित (re-indexed) करना पड़ता है, उसी तरह भ्रूण को माता और पिता द्वारा छोड़े गए विशिष्ट रासायनिक टैग्स को मिटाना चाहिए और अपने स्वयं के विकास के लिए एक खाली स्लेट बनाने के लिए उन्हें फिर से लिखना चाहिए। यदि यह पुनर्गठन विफल हो जाता है, तो थोड़ा सा भी विचलन होने पर भ्रूण का विकास रुक जाता है, जिससे गर्भपात हो जाता है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि डीएनए पर रासायनिक टैग और इसे पैक करने वाले प्रोटीन इस प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण हैं, लेकिन इन टैग्स को समन्वित करने वाली सटीक मशीनरी एक रहस्य बनी हुई है। ये आणविक स्विच कैसे काम करते हैं, इसे समझना यह समझाने के लिए महत्वपूर्ण है कि कुछ गर्भधारण क्यों विफल होते हैं और सहायक प्रजनन तकनीकों की सफलता में सुधार कैसे किया जा सकता है।

हाल ही में किए गए एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट प्रोटीन जिसे G9a कहा जाता है, की भूमिका को उजागर करने का प्रयास किया, जो प्रारंभिक माउस भ्रूण में एक 'केमिकल राइटर' (रासायनिक लेखक) के रूप में कार्य करता है। यह प्रोटीन हिस्टोन प्रोटीन पर एक विशिष्ट निशान जोड़ता है, जिसे H3K9me2 के रूप में जाना जाता है, जिसके चारों ओर डीएनए लिपटा होता है। इन निशानों को स्टिकी नोट्स (चिपकने वाली पर्चियों) के रूप में समझें जो कोशिका को बताते हैं कि किन जीनों को शांत रखना है और किन्हें सक्रिय करना है। वैज्ञानिकों की टीम, जिसका नेतृत्व शानक्सी बेथ्यून अस्पताल और शानक्सी कृषि विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने किया था, ने इन विट्रो फर्टिलाइजेशन के माध्यम से बनाए गए माउस भ्रूणों में G9a की गतिविधि को रोकने के लिए एक प्रयोगशाला तकनीक का उपयोग किया। उन्होंने भ्रूणों को Bix-01294 नामक पदार्थ से उपचारित किया, जो विशेष रूप से G9a को काम करने से रोकता है, और फिर देखा कि अनुपचारित भ्रूणों की तुलना में वे भ्रूण कैसे विकसित हुए।

परिणाम चौंकाने वाले थे। जबकि अनुपचारित भ्रूण मजबूती से विकसित हुए, जिनमें लगभग 78 प्रतिशत सफलतापूर्वक ब्लास्टोसिस्ट चरण तक पहुँच गए—जो एक महत्वपूर्ण बिंदु है जहाँ भ्रूण कोशिकाओं का एक खोखला गोला बनाता है जो प्रत्यारोपण के लिए तैयार होता है—केवल लगभग 23.5 प्रतिशत उपचारित भ्रूण ही वहां तक पहुँच पाए। जो भ्रूण इस उपचार में जीवित रहे, वे अक्सर विकृत थे और उनमें कोशिका मृत्यु के स्पष्ट संकेत दिखाई दिए। जब शोधकर्ताओं ने इन मरती हुई कोशिकाओं की जांच की, तो उन्होंने एपोप्टोसिस (apoptosis) में भारी वृद्धि पाई, जो प्रोग्राम्ड सेल डेथ (नियोजित कोशिका मृत्यु) का एक रूप है जिसका उपयोग शरीर क्षतिग्रस्त ऊतकों को हटाने के लिए करता है। इससे संकेत मिला कि G9a प्रोटीन के बिना, प्रारंभिक भ्रूण खुद को बनाए रखने में सक्षम नहीं है, जिससे विकास में बाधा आती है जो गर्भावस्था स्थापित होने से बहुत पहले ही रुक जाती है।

गहराई से जांच करते हुए, टीम ने यह पता लगाया कि भ्रूण क्यों विफल हो रहे थे। उन्होंने कोशिकाओं के भीतर रासायनिक परिदृश्य की जांच की, विशेष रूप से दो प्रकार के निशानों पर ध्यान केंद्रित किया: डीएनए मिथाइलेशन (5mC) और हाइड्रोक्सीमिथाइलेशन (5hmC)। ये निशान एक गतिशील स्विच प्रणाली की तरह हैं जो विकास के दौरान जीनों को चालू और बंद करते हैं। स्वस्थ भ्रूणों में, जैसे-जैसे भ्रूण बढ़ता है, ये निशान एक सटीक पैटर्न में बदलते हैं। हालांकि, जिन भ्रूणों में G9a को ब्लॉक किया गया था, उनमें यह पैटर्न अराजक हो गया। शोधकर्ताओं ने देखा कि 5mC के स्तर में, जो अक्सर जीन दमन से जुड़ा होता है, उल्लेखनीय गिरावट आई, जबकि 5hmC के स्तर में, जो अक्सर सक्रिय डीमिथाइलेशन और जीन विनियमन से जुड़ा होता है, अप्रत्याशित रूप से वृद्धि हुई। इस असंतुलन ने सुझाव दिया कि भ्रूण अपने आनुवंशिक निर्देशों को गलत गति और गलत क्रम में फिर से लिखने की कोशिश कर रहा है, जिससे अस्तित्व के लिए आवश्यक कोशिकीय मशीनरी भ्रमित हो रही है।

इस भ्रम के मूल कारण को समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने उन एंजाइमों के स्तर को मापा जो इन रासायनिक निशानों को बनाने और हटाने के लिए जिम्मेदार हैं। उन्होंने पाया कि जब G-9a को ब्लॉक किया गया, तो वे एंजाइम जो सामान्य रूप से डीएनए पर नए रासायनिक टैग जोड़ते हैं, कम हो गए, जबकि वे एंजाइम जो उन्हें हटाते हैं, अत्यधिक सक्रिय हो गए। इसने ऐसी स्थिति पैदा कर दी जहाँ भ्रूण अपने आवश्यक निर्देशों को बदलने की तुलना में उन्हें अधिक तेजी से हटा रहा था। अध्ययन ने पुष्टि की कि G9a इन विपरीत बलों को संतुलन में रखने के लिए आवश्यक है, यह सुनिश्चित करता है कि डीएनए पुनर्गठन (reprogramming) सही गति से आगे बढ़े। बिना G9a के, कोशिका सही रासायनिक वातावरण बनाए रखने की अपनी क्षमता खो देती है, जिससे महत्वपूर्ण जीनों की अभिव्यक्ति में गिरावट आती है।

शोधकर्ताओं ने आरएनए (RNA) को अनुक्रमित (sequencing) करके भ्रूण के भीतर व्यापक आनुवंशिक गतिविधि को भी देखा, जो डीएनए से कोशिका के प्रोटीन बनाने वाले कारखानों तक निर्देश ले जाने वाले संदेशवाहक के रूप में कार्य करता है। उन्होंने पाया कि G9a को ब्लॉक करने से हजारों जीन अनियंत्रित व्यवहार करने लगे। कई जीन कोशिका की नए प्रोटीन बनाने, अपनी आंतरिक संरचना को प्रबंधित करने और अन्य कोशिकाओं के साथ संवाद करने की क्षमता से जुड़े थे। विशेष रूप से, एक प्रमुख सिग्नलिंग पाथवे जिसे MAPK कहा जाता है, जो कोशिका वृद्धि और विभाजन को नियंत्रित करने में मदद करता है, गंभीर रूप से बाधित हुआ। यह मार्ग भ्रूण के लिए एक केंद्रीय कमांड लाइन की तरह कार्य करता है, और जब यह अराजक रासायनिक वातावरण द्वारा बाधित होता है, तो कोशिका ब्लास्टोसिस्ट के रूप में विकसित होने के लिए आवश्यक जटिल चरणों का समन्वय नहीं कर पाती है।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि G9a प्रोटीन केवल एक निष्क्रिय भागीदार नहीं है बल्कि प्रारंभिक विकास का एक महत्वपूर्ण संरक्षक है। हिस्टोन प्रोटीन पर रासायनिक टैग के सही स्तर को बनाए रखकर, G9a यह सुनिश्चित करता है कि डीएनए पुनर्गठन का नाजुक नृत्य सुचारू रूप से आगे बढ़े। जब इस संरक्षक को हटा दिया जाता है, तो भ्रूण अपनी एपिजेनेटिक स्थिरता खो देता है, जिससे त्रुटियों की एक श्रृंखला उत्पन्न होती है जिसके परिणामस्वरूप विकासात्मक अवरोध और कोशिका मृत्यु होती है। ये निष्कर्ष प्रारंभिक गर्भावस्था की विफलता के पीछे के आणविक कारणों की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करते हैं और यह सुझाव देते हैं कि इन रासायनिक निशानों के संतुलन को बनाए रखना किसी भी भ्रूण की सफलता के लिए आवश्यक है, चाहे वह टेस्ट ट्यूब में हो या प्रकृति में। यह कार्य इस बात की समझ के लिए एक नया ढांचा प्रदान करता है कि कैसे एपिजेनेटिक स्थिरता जीवन के अपने पहले क्षणों से समर्थन करती है।