Long-read full-length transcriptome sequencing reveals multilayered sex-associated isoform regulation in thyroid carcinoma

थायरॉइड कैंसर अंतःस्रावी तंत्र (endocrine system) का सबसे आम कैंसर है, जो उन ग्रंथियों का एक नेटवर्क है जो यह नियंत्रित करती हैं कि हमारे शरीर ऊर्जा का उपयोग कैसे करते हैं और कैसे बढ़ते हैं। दशकों से, डॉक्टर और वैज्ञानिक जानते हैं कि यह बीमारी पुरुषों और महिलाओं में अलग तरह से व्यवहार करती है। महिलाओं में पुरुषों की तुलना में थायरॉइड कैंसर के निदान अधिक बार होते हैं, और यह बीमारी दोनों समूहों में अलग-अलग मार्ग का अनुसरण कर सकती है। हालांकि शोधकर्ताओं ने लंबे समय से संदेह जताया है कि जीव विज्ञान इस अंतर में भूमिका निभाता है, लेकिन सटीक आणविक कारण छिपे रहे हैं। लंबे समय तक, कैंसर का अध्ययन करने का मानक तरीका जीनों को एकल, स्थिर इकाइयों के रूप में देखना था, यह मापना कि एक जीन कितना चालू या बंद था। हालांकि, एक एकल जीन हमेशा केवल एक उत्पाद ही नहीं बनाता है। बिल्कुल वैसे ही जैसे एक ही रेसिपी को कई अलग-अलग व्यंजन बनाने के लिए समायोजित किया जा सकता है, एक एकल जीन 'ट्रांसक्रिप्ट' नामक अणु के कई संस्करण बनाने के लिए विभिन्न तरीकों से संसाधित किया जा सकता है। ये विभिन्न संस्करण, या आइसोफॉर्म (isoforms), विशिष्ट आकार और कार्य रख सकते हैं, भले ही जीन की कुल मात्रा समान रहे। इन सूक्ष्म विविधताओं को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि वे कोशिका के व्यवहार को बदल सकते हैं, जो संभावित रूप से कैंसर के विकास को चला सकते हैं या रोगी द्वारा उपचार के प्रति प्रतिक्रिया को प्रभावित कर सकते हैं।

शिनजियांग मेडिकल यूनिवर्सिटी के एफ़िलिएटेड ट्यूमर अस्पताल के शोधकर्ताओं की एक टीम यह देखने के लिए आगे बढ़ी कि क्या ट्रांसक्रिप्ट के आकारों में ये छिपी हुई विविधताएं पुरुषों और महिलाओं में थायरॉइड कैंसर के बीच के अंतर को स्पष्ट कर सकती हैं। आनुवंशिक सामग्री को पढ़ने के मानक, खंडित तरीकों का उपयोग करने के बजाय, उन्होंने ऑक्सफोर्ड नैनोपोर सीक्वेंसिंग नामक एक नई तकनीक का उपयोग किया। यह उन्नत दृष्टिकोण वैज्ञानिकों को छोटे, टूटे हुए टुकड़ों से एक पहेली को जोड़ने के बजाय, एक ही बार में पूरे, पूर्ण-लंबाई वाले ट्रांसक्रिप्ट को पढ़ने की अनुमति देता है। दस रोगियों (चार पुरुष और छह महिलाएं) के ट्यूमर नमूनों पर इस पद्धति को लागू करके, टीम ने इन ट्यूमर में मौजूद पूर्ण-लंबाई वाले आनुवंशिक संदेशों का एक विस्तृत मानचित्र तैयार किया। वे उन पैटर्नों की तलाश कर रहे थे जो केवल ट्रांसक्रिप्ट के विशिष्ट आकारों की जांच करने पर ही दिखाई देते, न कि केवल आनुवंशिक गतिविधि के कुल आयतन को देखने पर।

परिणामों ने एक जटिल परिदृश्य का खुलासा किया जिसे मानक विधियों ने मिस कर दिया होता। जबकि शोधकर्ताओं ने पाया कि कुछ जीन महिलाओं की तुलना में पुरुषों में अधिक सक्रिय थे, असली कहानी स्वयं ट्रांसक्रिप्ट्स में निहित थी। उन्होंने दो हजार से अधिक ऐसे ट्रांसक्रिप्ट की पहचान की जो लिंगों के बीच अलग तरह से उपयोग किए जाते थे, जो उन जीनों की संख्या से लगभग दोगुना है जिन्होंने अलग-अलग गतिविधि स्तर दिखाए। महत्वपूर्ण रूप से, उन्होंने सैकड़ों ऐसे मामले पाए जहां एक जीन की कुल मात्रा में कोई बदलाव नहीं हुआ था, फिर भी उत्पादित होने वाले ट्रांसक्रिप्ट के विशिष्ट संस्करण नाटकीय रूप से बदल गए थे। यह सुझाव देता है कि पुरुष और महिला थायरॉइड ट्यूमर के बीच जैविक अंतर केवल इस बारे में नहीं है कि वहां कितनी आनुवंशिक सामग्री मौजूद है, बल्कि इस बारे में है कि उस सामग्री के विशिष्ट संस्करणों का उपयोग कैसे किया जा रहा है।

यह समझने के लिए कि ये परिवर्तन कैसे हुए, टीम ने उन विशिष्ट तंत्रों की जांच की जो इन विभिन्न ट्रांसक्रिप्ट संस्करणों को बनाते हैं। उन्होंने 'अल्टरनेटिव स्प्लिसिंग' (alternative splicing) के प्रमाण पाए, जो एक ऐसी प्रक्रिया है जहाँ एक आनुवंशिक संदेश के हिस्सों को अलग-अलग क्रम में काटा और जोड़ा जाता है, और यह साठ-आठ अलग-अलग घटनाओं में देखी गई जो एक लिंग के पक्ष में थी। उन्होंने सैकड़ों ऐसे उदाहरण भी खोजे जहां ट्रांसक्रप्ट के सिरों को अलग तरह से छाँटा या बढ़ाया गया था, जिसे 'अल्टरनेटिव पॉलीएडेनाइलेशन' (alternative polyadenylation) कहा जाता है, जो यह बदल सकता है कि एक संदेश कितना स्थिर है या कोशिका द्वारा इसे कैसे पढ़ा जाता है। जब शोधकर्ताओं ने जीन गतिविधि, ट्रांसक्रिप्ट प्रचुरता, स्प्लिसिंग पैटर्न और एंड संशोधनों जैसे सभी स्तरों की जानकारी को मिलाया, तो उन्होंने पचास-छह प्रमुख उम्मीदवारों की पहचान की जो हर स्तर पर निरंतर परिवर्तन दिखाते थे। इनमें विशिष्ट लॉन्ग नॉन-कोडिंग आरएनए (long non-coding RNAs), जैसे कि SNHG5 और PTCSC2 शामिल थे, जो ट्यूमर में लिंग-आधारित अंतरों के केंद्र में प्रतीत होते हैं।

टीम अपने दस रोगियों के छोटे समूह पर नहीं रुकी। यह सुनिश्चित करने के लिए कि उनके निष्कर्ष उनके विशिष्ट नमूनों का कोई संयोग नहीं हैं, वे पांच सौ से अधिक रोगियों के थायरॉइड कैंसर डेटा के एक विशाल, सार्वजनिक रूप से उपलब्ध डेटाबेस की ओर मुड़े। जब उन्होंने इस बड़े समूह में जीन गतिविधि के स्तरों को देखा, तो उन्हें अपने अध्ययन में देखे गए लिंग-आधारित अंतर नहीं मिले। हालांकि, जब उन्होंने जीनों के उन विशिष्ट भागों का विश्लेषण किया जो उनके द्वारा पहचाने गए ट्रांसक्रिप्ट संस्करणों के अनुरूप थे, तो लिंग-आधारित संकेत फिर से दिखाई दिया। इसने पुष्टि की कि उनके द्वारा पाए गए अंतर वास्तविक और पुनरुत्पादनीय थे, लेकिन वे पारंपरिक तरीकों के लिए अदृश्य थे जो केवल एक जीन की कुल मात्रा को देखते हैं। अध्ययन ने अपने निष्कर्षों की तुलना सामान्य, स्वस्थ थायराइड ऊतक के डेटा से भी की। उन्होंने पाया कि स्वस्थ ऊतकों में, लिंग-आधारित अंतरों वाला लगभग कोई भी जीन नहीं था, सिवाय उन जीनों के जो सीधे लिंग गुणसूत्रों (sex chromosomes) पर स्थित थे। इसने इस संभावना को खारिज कर दिया कि ट्यू morir में जो अंतर उन्होंने देखे वे केवल पुरुषों और महिलाओं के बीच सामान्य जैविक अंतरों का प्रतिबिंब थे; इसके बजाय, ये परिवर्तन विशेष रूप से कैंसर के विशिष्ट थे।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि थायरॉइड कैंसर में लिंग संबंधी असमानताओं का आणविक आधार पहले की तुलना में कहीं अधिक जटिल है। यह केवल इस बारे में नहीं है कि पुरुषों में महिलाओं की तुलना में किसी विशेष जीन की मात्रा अधिक या कम है। इसके बजाय, पुरुषों और महिलाओं में कैंसर कोशिकाएं अपने आनुवंशिक संदेशों की पहचान को ही बदल रही हैं, जिससे ट्रांसक्रिप्ट के अलग-अलग संस्करण बन रहे हैं जो संभवतः अलग-अलग तरीकों से रोग को संचालित करते हैं। इन छिपी हुई संरचनाओं को देखने के लिए फुल-लेंथ सीक्वेंसिंग का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने ट्यूमर विषमता (tumor heterogeneity) को समझने के लिए एक नया झरोखा खोला है। उनका कार्य बताता है कि यह पूरी तरह से समझने के लिए कि कैंसर कैसे व्यवहार करता है और यह पुरुषों और महिलाओं को अलग-अलग तरह से क्यों प्रभावित करता है, वैज्ञानिकों को केवल जीन गणना से परे देखना चाहिए और ट्रांसक्रिप्ट की विस्तृत वास्तुकला की जांच करनी चाहिए। यह दृष्टिकोण रोग की एक स्पष्ट, अधिक पूर्ण तस्वीर प्रदान करता है, जो भविष्य के अनुसंधान के लिए नए लक्ष्य और प्रत्येक रोगी में थायरॉइड कैंसर की अनूठी जीव विज्ञान को समझने के अधिक सटीक तरीके प्रदान करता है।