Functional Immunopeptidomics by Characterizing Immunopeptides Against HLAs, TCRs, and Antibodies

मानव शरीर कैंसर के विरुद्ध एक परिष्कृत निगरानी प्रणाली के माध्यम से एक निरंतर, मौन पहरेदारी बनाए रखता है। इस रक्षा प्रणाली के केंद्र में मानव ल्यूकोसाइट एंटीजन (HLA) नामक विशेष प्रोटीन हैं, जो प्रत्येक कोशिका की सतह पर प्रदर्शन खिड़कियों (display windows) के रूप में कार्य करते हैं। ये खिड़कियाँ कोशिका के भीतर के प्रोटीन के सूक्ष्म अंशों को ऊपर उठाती हैं, जिससे प्रतिरक्षा कोशिकाएं उन्हें परेशानी के संकेतों के लिए स्कैन कर पाती हैं। यदि कोई कोशिका स्वस्थ है, तो वे अंश सामान्य दिखते हैं। यदि कोई कोशिका कैंसरग्रस्त है, तो वह ऐसे अंश प्रदर्शित कर सकती है जो उत्परिवर्तित (mutated) या रासायनिक रूप से परिवर्तित हैं, जो प्रतिरक्षा प्रणाली को हमला करने का संकेत देते हैं। वर्षों तक, नए कैंसर उपचारों की खोज कर रहे वैज्ञानिकों ने लगभग पूरी तरह से इन उत्परिवर्तित अंशों को खोजने पर ध्यान केंद्रित किया है, इस उम्मीद में कि वे ऐसी चिकित्सा पद्धति विकसित कर सकें जो प्रतिरक्षा प्रणाली को उन्हें पहचानने के लिए प्रशिक्षित करे। हालाँकि, यह दृष्टिकोण कई सामान्य कैंसरों में, जैसे कि किडनी कैंसर में, एक दीवार से टकरा जाता है, जहाँ कोशिकाओं में बहुत कम उत्परिवर्तन (mutations) होते हैं। इन मामलों में, प्रतिरक्षा प्रणाली अभी भी बीमारी से लड़ रही है, जो यह सुझाव देता है कि शरीर कुछ और पहचान रहा है—शायद ऐसे अंश जो अनूठे तरीकों से रासायनिक रूप से संशोधित किए गए हैं या ऐसे प्रोटीन जो ट्यूमर द्वारा अत्यधिक मात्रा में उत्पादित किए जा रहे हैं। चुनौती यह थी कि इन लक्ष्यों को खोजने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों को ऊतकों (tissue) की बड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है और वे अक्सर उन विशिष्ट अंशों को छोड़ देते हैं जिनके साथ प्रतिरक्षा प्रणाली वास्तव में जुड़ रही होती है, जिससे शोधकर्ताओं के पास संभावित लक्ष्यों की एक ऐसी सूची रह जाती है जो प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के वास्तविक चालक नहीं हो सकते।

जॉन हॉपकिन्स यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को देखने का एक नया तरीका विकसित किया है, जो ऊतक की बहुत कम मात्रा के साथ काम करता है और इस बात पर ध्यान केंद्रित करता है कि प्रतिरक्षा प्रणाली वास्तव में क्या कर रही है। केवल कोशिका की सतह पर मौजूद हर अंश की सूची बनाने के बजाय, उनकी विधि उन अंशों को अलग करती है जिन्हें सक्रिय रूप से प्रतिरक्षा रिसेप्टर्स द्वारा पकड़ा जा रहा है, उनसे जो केवल निष्क्रिय रूप से वहां बैठे हैं। उन्होंने किडनी कैंसर के तीस नमूनों पर इस दृष्टिकोण का परीक्षण किया, जिसमें एक ही रोगी से लिए गए ट्यूमर और स्वस्थ ऊतक शामिल थे। यह प्रक्रिया मात्र दस मिलीग्राम जमे हुए ऊतक को तरल में पीसने से शुरू होती है। इस तरल को फिर फिल्टरों की एक श्रृंखला से गुजारा जाता है, जिनमें से प्रत्येक को एक अलग प्रकार की प्रतिरक्षा अंतःक्रिया (immune interaction) को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। सबसे पहले, प्रणाली एंटीबॉडी द्वारा बंधे अंशों को पकड़ती है, फिर एक विशिष्ट प्रकार के प्रतिरक्षा रिसेप्टर द्वारा पकड़े गए अंशों को, उसके बाद कोशिका की मुख्य खिड़कियों द्वारा प्रदर्शित सामान्य अंशों को। महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ताओं ने पकड़े गए प्रतिरक्षा रिसेप्टर्स को वापस लिया और उन्हें टेस्ट ट्यूब में अलग किए गए अंशों के साथ मिलाया ताकि यह देखा जा सके कि वे स्वाभाविक रूप से एक-दूसरे से कैसे जुड़ते हैं। इसने उन्हें उन अंशों के बीच अंतर करने में सक्षम बनाया जो केवल मौजूद हैं और वे जो कार्यात्मक रूप से महत्वपूर्ण हैं।

परिणामों ने लक्ष्यों के एक ऐसे परिदृश्य का खुलासा किया जो पहले देखे गए स्तर से कहीं अधिक समृद्ध था। इन छोटे नम들이 से, टीम ने पहले प्रकार की प्रतिरक्षा खिड़की द्वारा प्रदर्शित लगभग उनतालीस हजार अद्वितीय अंशों और दूसरे प्रकार की खिड़की द्वारा प्रदर्शित लगभग सत्ताइस हजार अद्वितीय अंशों की पहचान की। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि जब उन्होंने देखा कि कौन से अंश सक्रिय रूप से प्रतिरक्षा रिसेप्टर्स द्वारा बंधे हुए थे, तो उन्होंने पाया कि ये ट्यूमर के लिए बहुत अधिक विशिष्ट होने की संभावना रखते थे और स्वस्थ ऊतकों में अनुपस्थित थे। वास्तव में, सक्रिय अंतःक्रियाओं को पकड़ने की इस विधि ने ट्यूमर-विशिष्ट लक्ष्यों की शुद्धता को केवल सतह पर मौजूद सभी अंशों को देखने की तुलना में पांच गुना तक बढ़ा दिया। शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि इनमें से कई महत्वपूर्ण लक्ष्य उत्परिवर्तित (mutated) बिल्कुल नहीं थे। इसके बजाय, वे सामान्य प्रोटीन थे जो रासायनिक रूप से परिवर्तित थे, जैसे कि एक फॉस्फेट समूह जुड़ा होना, या वे प्रोटीन थे जिन्हें ट्यूमर अत्यधिक मात्रा में बना रहा था। इनमें से कुछ लक्ष्य विभिन्न रोगियों में बार-बार दिखाई दिए, जिनमें NNMT, TMBIM6, RPL3, VIM और ENPP3 जैसे प्रोटीन शामिल थे, जो यह सुझाव देते हैं कि वे चिकित्सा के लिए विश्वसनीय लक्ष्य हैं।

अध्ययन ने यह भी खुलासा किया कि दो प्रकार की प्रतिरक्षा खिड़कियों के नियमन (regulation) में एक आश्चर्यजनक अंतर है। पहले प्रकार की खिड़की के लिए, सतह पर प्रदर्शित अंशों की संख्या कोशिका में मौजूद प्रोटीन मशीनरी की मात्रा से सीधे जुड़ी हुई है; जब कोशिका अधिक मशीनरी बनाती है, तो वह पूर्वानुमानित और रैखिक (linear) तरीके से अधिक अंश प्रदर्शित करती है। यह कोशिका के नाभिक (nucleus) में एक मास्टर स्विच द्वारा संचालित होता है जो पूरी उत्पादन लाइन को चालू कर देता है। हालाँकि, दूसरे प्रकार की खिड़की अलग व्यवहार करती है। यह जितनी अंश प्रदर्शित करती है, वह उपलब्ध प्रोटीन मशीनरी की मात्रा से मेल नहीं खाती। यहाँ तक कि जब कोशिका के पास आवश्यक घटक प्रचुर मात्रा में होते हैं, तब भी अंशों का प्रदर्शन कम या असंगत हो सकता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि ऐसा इसलिए है क्योंकि दूसरी प्रकार की खिड़की कोशिका के भीतर प्रोटीन को तोड़ने की एक जटिल, बहु-चरणीय प्रक्रिया पर निर्भर करती है, और यह प्रक्रिया कैंसर कोशिकाओं में अक्सर असमान या टूटी हुई होती है। कभी-कभी, कोशिका प्रोटीन को बहुत आक्रामक रूप से तोड़ देती है, जिससे वे अंश नष्ट हो जाते हैं जिनकी आवश्यकता प्रदर्शन के लिए होती है, या वह उन्हें सही ढंग से संसाधित करने में विफल रहती है, जिससे कच्चे माल से भरी कोशिका के बावजूद खिड़कियाँ खाली रह जाती हैं।

यह कार्य एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है कि प्रतिरक्षा प्रणाली किडनी कैंसर में वास्तव में क्या देख रही है। सक्रिय रूप से प्रतिरक्षा रिसेप्टर्स द्वारा संलग्न अंशों पर ध्यान केंद्रित करके और ऊतक के बहुत छोटे नमूनों के साथ काम करके, शोधकर्ताओं ने उच्च-प्राथमिकता वाले लक्ष्यों का एक सेट पहचाना है जो ट्यूमर-विशिष्ट और कार्यात्मक रूप से प्रासंगिक दोनों हैं। उन्होंने पाया कि प्रतिरक्षा प्रणाली अक्सर केवल उत्परिवर्तित अंशों के बजाय सामान्य प्रोटीनों के रासायनिक रूप से परिवर्तित संस्करणों और अत्यधिक उत्पादित प्रोटीनों के प्रति प्रतिक्रिया करती है। अध्ययन यह भी रेखांकित करता है कि इन लक्ष्यों को प्रदर्शित करने के नियम प्रतिरक्षा प्रणाली के सभी हिस्सों के लिए समान नहीं हैं; एक हिस्सा एक सख्त, अनुमानित क्रम का पालन करता है, जबकि दूसरा एक अधिक अराजक और परिवर्तनशील प्रक्रिया के अधीन है। ये निष्कर्ष बताते हैं कि भविष्य के कैंसर उपचारों को केवल सरल उत्परिवर्तन (mutations) से परे देखना चाहिए और इन रासायनिक रूप से परिवर्तित और अत्यधिक उत्पादित प्रोटीनों को प्रमुख लक्ष्यों के रूप में विचार करना चाहिए। नई विधि इन लक्ष्यों को खोजने का एक व्यावहारिक तरीका प्रदान करती है जो सीमित ऊतक नमूनों वाले रोगियों में भी प्रभावी है, जिससे उन उपचारों के विकास को गति मिल सकती है जो कैंसर से लड़ने के लिए शरीर की अपनी प्रतिरक्षा प्रणाली का बेहतर ढंग से उपयोग करते हैं।