Noncoding regulatory mutations contribute to the aberrant gene expression profile of neuroblastomas

कैंसर तब शुरू होता है जब कोशिका के भीतर के निर्देश गलत हो जाते हैं, जिससे वह अनियंत्रित रूप से बढ़ने लगती है। दशकों से, वैज्ञानिक जीनोम के प्रोटीन-कोडिंग अनुभागों को पढ़कर इन त्रुटियों की तलाश कर रहे हैं, जो डीएनए के वे हिस्से हैं जो शरीर की मशीनरी बनाने के ब्लूप्रिंट (खाके) के रूप में कार्य करते हैं। हालांकि, न्यूरोब्लास्टोमा नामक एक विशिष्ट और घातक बचपन के कैंसर में, जो एड्रिनल ग्रंथियों या रीढ़ के साथ बनता है, ये पारंपरिक ब्लूप्रिंट अक्सर आश्चर्यजनक रूप से साफ दिखाई देते हैं। शोधकर्ताओं ने उच्च-जोखिम वाले ट्यूमर के प्रोटीन बनाने वाले जीन में बहुत कम आवर्ती गलतियाँ पाई हैं। कोडिंग क्षेत्रों में यह सन्नाटा यह संकेत देता है कि असली अपराधी कहीं और छिपे हो सकते हैं, डीएनए के उन विशाल विस्तारों में जो प्रोटीन के लिए कोड नहीं करते हैं, बल्कि स्विच, डिमर और वॉल्यूम कंट्रोल के रूप में कार्य करते हैं। ये नॉनकोडिंग क्षेत्र निर्धारित करते हैं कि एक जीन कब और कितनी मजबूती से चालू या बंद किया जाता है, और यदि वे क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, तो कोशिका का व्यवहार उतना ही नाटकीय रूप से बदल सकता है जितना कि ब्लूप्रिंट फटने पर होता है।

अलाबामा विश्वविद्यालय एट बर्मिंघम के शोधकर्ताओं की एक टीम ने न्यूरोब्लास्टोमा में इन छिपे हुए दोषों को खोजने के लिए काम किया। उन्होंने 'एलिल-स्पेसिफिक एक्सप्रेशन' नामक एक घटना पर ध्यान केंद्रित किया, जो तब होता है जब एक कोशिका जीन की एक प्रति (copy) का उपयोग दूसरी प्रति की तुलना में अलग तरह से करती है। एक स्वस्थ व्यक्ति में, जीन की दो प्रतियां आमतौर पर प्रोटीन की समान मात्रा उत्पन्न करती हैं। लेकिन कैंसर में, यदि कोई उत्परिवर्तन (mutation) एक प्रति को नियंत्रित करने वाले स्विच को बाधित करता है, तो वह प्रति या तो शांत (silence) हो सकती है या अति-सक्रिय हो सकती है, जबकि दूसरी सामान्य बनी रहती है। ट्यूमर के नमूनों की तुलना स्वस्थ एड्रिनल ऊतकों से करके, वैज्ञानिक यह सटीक रूप से पहचान सके कि किन जीनों का कुप्रबंधन किया जा रहा था। इसके बाद उन्होंने एक महत्वपूर्ण प्रश्न पूछा: क्या ये कुप्रबंधित जीन बड़े पैमाने पर गुणसूत्र संबंधी (chromosomal) नुकसान या लाभ के कारण संचालित हो रहे थे, जो इस बीमारी में आम हैं, या वे नॉनकोडिंग नियामक स्विचों में सूक्ष्म, विशिष्ट उत्परिवर्तनों द्वारा संचालित थे?

शोधकर्ताओं ने 156 बच्चों के न्यूरोब्लास्टोमा से प्राप्त आनुवंशिक डेटा का विश्लेषण किया और इसकी तुलना 220 सामान्य एड्रिनल नमूनों से की। उन्होंने 1,363 ऐसे जीन की पहचान की जो केवल ट्यूमर में इस विशिष्ट कुप्रबंधन पैटर्न को दर्शाते थे। ये जीन यादृच्छिक (random) नहीं थे; वे सिम्पैथेटिक तंत्रिका तंत्र और एड्रेनेजिक सेल स्टेट के विकास में गहराई से शामिल थे, जो वह विशिष्ट पहचान है जिसे न्यूरोब्लास्टोमा कोशिकाएं अक्सर अपनाती हैं। हालांकि इनमें से कई कुप्रबंधित जीन वास्तव में बड़े गुणसूत्र संबंधी त्रुटियों से जुड़े थे, टीम ने पाया कि एक महत्वपूर्ण समूह जीनोम के उन क्षेत्रों में स्थित था जहाँ 'कॉपी नंबर' सामान्य थे। यह खोज महत्वपूर्ण थी क्योंकि इसने सिद्ध किया कि बड़े पैमाने पर गुणसूत्र क्षति के अलावा कुछ और इन जीनों के कामकाज को बाधित कर रहा था।

इन 'कॉपी-नंबर-न्यूट्रल' क्षेत्रों की गहराई में जाकर, वैज्ञानिकों ने पाया कि कुप्रबंधित जीन सोमैटिक म्यूटेशन—नए आनुवंशिक दोष जो ट्यूमर में उत्पन्न होते हैं लेकिन विरासत में नहीं मिलते—के उच्च घनत्व से घिरे हुए थे। ये उत्परिवर्तन बेतरतीब ढंग से बिखरे हुए नहीं थे; वे 'ओपन क्रोमैटिन' क्षेत्रों में केंद्रित थे, जो डीएनए के वे भाग हैं जो न्यूरोब्लास्टोमा कोशिकाओं में सुलभ और सक्रिय होते हैं। शोधकर्ताओं ने फिर कंप्यूटर मॉडल का उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए किया कि ये उत्परिवर्तन ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर्स (transcription factors) के बाइंडिंग साइट्स को कैसे प्रभावित करते हैं, जो वे प्रोटीन हैं जो मास्टर स्विच के रूप में जीन को चालू या बंद करने का कार्य करते हैं। उन्होंने पाया कि ये उत्परिवर्तन विशेष रूप से GATA3 नामक एक विशिष्ट ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर के बाइंडिंग साइट्स को बाधित करते हैं।

GATA3 एक प्रमुख नियामक है जो न्यूरोब्लास्टोमा कोशिकाओं की एड्रेनेजिक पहचान बनाए रखने में मदद करता है। अध्ययन से पता चला कि जब नॉनकोडिंग उत्परिवर्तनों ने कुछ जीनों के पास GATA3 बाइंडिंग साइट्स को तोड़ दिया, तो वे जीन अक्सर GATA3 नियामक नेटवर्क के अंतर्गत आए। एक उल्लेखनीय उदाहरण KMT2C नामक जीन है, जो एक ट्यूमर सप्रेसर (tumor suppressor) के रूप में कार्य करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि जिन ट्यूमरों में KMT2C के पास के नॉनकोडिंग क्षेत्रों में उत्परिवर्तन थे, जिसने GATA3 बाइंडिंग को बाधित किया, उनमें KMT2C प्रोटीन का स्तर काफी कम था। यह सुझाव देता है कि कैंसर कोशिकाएं इन सूक्ष्म, नॉनकोडिंग उत्परिवर्तनों का उपयोग एक सुरक्षात्मक जीन को बंद करने के लिए कर रही थीं, जिससे प्रभावी रूप से कोशिका की प्राकृतिक रक्षा प्रणाली को निहत्था किया जा सके।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि नॉनकोडिंग नियामक उत्परिवर्तन न्यूरोब्लास्टोमा के एक प्रमुख, फिर भी अक्सर अनदेखे किए जाने वाले चालक हैं। केवल टूटे हुए प्रोटीन ब्लूप्रिंट को खोजने के बजाय, जीन कैसे व्यक्त (express) होते हैं, इस पर ध्यान केंद्रित करके, शोधकर्ताओं ने आनुवंशिक जटिलता की एक नई परत को उजागर किया। उन्होंने प्रदर्शित किया कि ये ट्यूमर अक्सर अपनी वृद्धि और उत्तरजीविता को चलाने के लिए जीन गतिविधि को नियंत्रित करने वाले स्विचों, विशेष रूप से GATA3 द्वारा संचालित स्विचों में सूक्ष्म परिवर्तनों पर निर्भर करते हैं। यह कार्य न्यूरोब्लास्टोमा के विकास को समझने के लिए एक नया मानचित्र प्रदान करता है और सुझाव देता है कि भविष्य के उपचारों को केवल प्रोटीन-कोडिंग जीन ही नहीं, बल्कि इन नियामक स्विचों को भी लक्षित करने की आवश्यकता हो सकती है।