CAST as a Tumor-Specific Suppressor in Colorectal Cancer: Discovery Through Integrative Analysis of Unannotated Isoforms, Proteomics, and Epigenetic Regulation

कोलोरेक्टल कैंसर एक निरंतर चलने वाली बीमारी है जो हर साल लाखों लोगों की जान लेती है, फिर भी वे आणविक स्विच (molecular switches) जो स्वस्थ कोशिकाओं को ट्यूमर में बदल देते हैं, अभी भी केवल आंशिक रूप से ही समझे गए हैं। दशकों से, वैज्ञानिक इन स्विचों की खोज जीन को देखकर कर रहे हैं, जो हमारी कोशिकाओं के भीतर निर्देश नियमावली (instruction manuals) हैं। हालाँकि, एक जीन कोई एकल, स्थिर निर्देश नहीं है; यह एक टेम्पलेट है जिसे अलग-अलग तरीकों से काट और चिपकाया जा सकता है ताकि प्रोटीन के कई संस्करण बनाए जा सकें, इस प्रक्रिया को 'अल्टरनेटिव स्प्लिसिंग' (alternative splicing) कहा जाता है। कल्पना कीजिए कि एक ही रेसिपी बुक है जहाँ एक ही सामग्रियों को केक, पाई या टार्ट बनाने के लिए व्यवस्थित किया जा सकता है; शरीर में, ये विभिन्न व्यवस्थाएं अलग-अलग प्रोटीन बनाती हैं जो अलग-अलग काम करते हैं। कैंसर में, यह काटना और चिपकाना अक्सर गलत हो जाता है, जिससे प्रोटीन के अजीब नए संस्करण बनते हैं जो ट्यूमर को बढ़ने में मदद करते हैं। हाल तक, वैज्ञानिक जिन उपकरणों का उपयोग इन आनुवंशिक निर्देशों को पढ़ने के लिए करते थे, वे कागज के छोटे, बिखरे हुए टुकड़ों से एक पूरा वाक्य पुनर्गठित करने की कोशिश करने के समान थे। वे शब्दों को देख सकते थे, लेकिन वे अक्सर उन अद्वितीय वाक्य संरचनाओं को चूक जाते थे जो केवल रोगग्रस्त ऊतकों में दिखाई देती हैं।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने 'लॉन्ग-रीड सिंगल-सेल सीक्वेंसिंग' नामक एक नई, अधिक शक्तिशाली विधि का उपयोग करके इस पहेली को सुलझाने का संकल्प लिया। टुकड़ों को पढ़ने के बजाय, यह तकनीक संपूर्ण आनुवंशिक संदेशों को शुरू से अंत तक पढ़ती है, जिससे वैज्ञानिक व्यक्तिगत कोशिकाओं में प्रत्येक प्रोटीन-कोडिंग निर्देश के पूर्ण आकार को देख सकते हैं। उन्होंने इस तकनीक को कोलोरेक्टल कैंसर के बारह रोगियों के ऊतक नमूनों पर लागू किया, और लगभग तीस हजार अलग-अलग आनुवंशिक संदेशों की जांच की। उनका लक्ष्य उन निर्देशों को खोजना था जो केवल कैंसर कोशिकाओं में मौजूद थे और शरीर में कहीं और नहीं थे। दर्जनों अलग-अलग अंगों के स्वस्थ ऊतकों के एक विशाल पुस्तकालय के विरुद्ध अपने कैंसर संदेशों की तुलना करके, उन्होंने उन हजारों संदेशों को फ़िल्टर कर दिया जो सामान्य लोगों में भी दिखाई देते थे। इस कठोर प्रक्रिया ने उन्हें केवल तीन ऐसे उम्मीदवारों तक सीमित कर दिया जो ट्यूमर के लिए अद्वितीय प्रतीत होते थे। इनमें से एक विशेष रूप से अलग खड़ा हुआ: एक जीन जिसे CAST कहा जाता है, जो कैल्पास्टैटिन (calpastatin) नामक प्रोटीन का उत्पादन करता है।

शोधकर्ताओं ने पाया कि यह CAST जीन स्वस्थ कोलन ऊतक में लगभग मौन था, जो केवल 0.03 का स्तर दिखा रहा था, लेकिन कैंसर के नमूनों में यह पूरी तरह सक्रिय हो गया, जो 63 गुना अधिक बार दिखाई दिया। यह एक आश्चर्यजनक खोज थी क्योंकि, कैंसर जीव विज्ञान की दुनिया में, वे जीन जो स्वस्थ ऊतकों में बंद रहते हैं और ट्यूमर में चालू हो जाते हैं, वे आमतौर पर 'बुरे पात्र' होते हैं, जो बीमारी को आगे बढ़ाते हैं। अधिकांश ट्यूमर-सप्रेसर जीन, जो कैंसर को रोकने के लिए ब्रेक के रूप में कार्य करते हैं, आमतौर पर स्वस्थ कोशिकाओं में सक्रिय होते हैं और कैंसर द्वारा बंद कर दिए जाते हैं। CAST जीन ने इसके विपरीत तर्क का पालन किया: यह स्वस्थ कोलन ऊतक में डीएनए मिथाइलेशन (DNA methylation) नामक एक रासायनिक टैग द्वारा शांत किया गया था, लेकिन कैंसर में, वह टैग हटा दिया गया, जिससे जीन फिर से व्यक्त होने लगा। टीम ने पुष्टि की कि यह आनुवंशिक संदेश केवल मशीन में एक भूत मात्र नहीं था; उन्होंने सौ ट्यूमर नमूनों में वास्तविक CAST प्रोटीन पाया, जिससे यह सिद्ध हुआ कि कोशिकाएं वास्तव में प्रोटीन का निर्माण कर रही थीं।

यह समझने के लिए कि क्या यह प्रोटीन एक ब्रेक के रूप में कार्य कर रहा है या एक एक्सीलेटर के रूप में, वैज्ञानिकों ने जीन के कोड में क्षति की तलाश की। उन्होंने सौ कैंसर रोगियों के आनुवंशिक अनुक्रमों की जांच की और CAST जीन में आठ विशिष्ट त्रुटियां पाईं जो इसके कार्य को बाधित करती हैं। इनमें वे उत्परिवर्तन (mutations) शामिल थे जो प्रोटीन को छोटा कर देते थे या उसके निर्देशों को अस्त-व्यस्त कर देते थे, जो एक ऐसा पैटर्न है जो दृढ़ता से सुझाव देता है कि जीन कैंसर को रोकने की कोशिश कर रहा है, लेकिन कैंसर इसे नष्ट करने की कोशिश कर रहा है। यह व्यवहार एक ट्यूमर सप्रेसर के अनुरूप है: एक सुरक्षात्मक तंत्र जिसका उपयोग शरीर कोशिकाओं को नियंत्रण में रखने के लिए करता है, जिसे ट्यूमर फिर अक्षम करने का प्रयास करता है। शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि जीन की गतिविधि सूक्ष्म आरएनए (microRNAs) के एक परिवार से जुड़ी थी, विशेष रूप से miR-200 परिवार, जो यह प्रभावित करने के लिए जाने जाते हैं कि कोशिकाएं कैसे चलती हैं और आकार बदलती हैं।

इस खोज को जो बात विशेष रूप से महत्वपूर्ण बनाती है, वह है इसका पता लगाने का तरीका। जबकि अन्य हालिया अध्ययनों ने ज्ञात जीनों की सूचियों को देखकर या पुरानी सीक्वेंसिंग विधियों का उपयोग करके नए कैंसर-संबंधित जीन खोजे हैं, इस टीम ने अज्ञात से शुरुआत की। उन्होंने हजारों अनएनोटेटेड (unannotated) आनुवंशिक संदेशों के साथ शुरुआत की—ऐसे निर्देश जो मानक संदर्भ पुस्तकों में दिखाई नहीं देते—और एक नया लक्ष्य खोज निकाला जो पिछली विधियों के लिए अदृश्य होता। CAST जीन उन लक्ष्यों की श्रेणी में आता है जिनके लिए वर्तमान में उपचार के लिए कोई अनुमोदित दवा नहीं है, जिसका अर्थ है कि यह संभावित उपचारों के लिए एक नया मोर्चा है। अध्ययन बताता है कि यह समझकर कि यह जीन स्वस्थ ऊतक में कैसे शांत होता है और कैंसर में कैसे पुन: सक्रिय होता है, वैज्ञानिक अंततः इन स्विचों को नियंत्रित करना सीख सकते हैं ताकि इस बीमारी को रोका जा सके। यह कार्य तत्काल उपचार की पेशकश नहीं करता है, लेकिन यह स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है कि आगे कहाँ देखना है, यह प्रदर्शित करते हुए कि कैंसर के सबसे महत्वपूर्ण सुराग शायद आनुवंशिक कोड के उन हिस्सों में छिपे हो सकते हैं जिन्हें हमने अभी तक पढ़ना नहीं सीखा है।