Prediction of deleterious nsSNPs of mouse DROSHA gene targeting miR-16 and miR-21maturation in vascular smooth muscle cells: Integrated computational and experimental study
यह अध्ययन यह प्रदर्शित करने के लिए कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग और प्रयोगात्मक सत्यापन को एकीकृत करता है कि माउस के DROSHA जीन में E401Q नॉनसिनोनिमस (nonsynonymous) SNP, Dgcr8 के साथ इसके बंधन को बाधित करता है, जिससे वैस्कुलर स्मूथ मसल सेल्स (vascular smooth muscle cells) में miR-16 और miR-21 की परिपक्वता काफी कम हो जाती है।
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प्रत्येक रक्त वाहिका की दीवारों के भीतर, चिकनी मांसपेशियों की कोशिकाओं की एक परत रक्त के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए अथक कार्य करती है, जो हमारे परिसंचरण को स्थिर रखने के लिए सिकुड़ती और फैलती रहती है। जब ये कोशिकाएं ठीक से काम नहीं करती हैं, तो इसके परिणाम गंभीर हो सकते हैं, जिससे उच्च रक्तचाप या कठोर धमनियों जैसी स्थितियां पैदा हो सकती हैं। इन कोशिकाओं के सही ढंग से कार्य करने के लिए, वे सूक्ष्म आरएनए (microRNAs) नामक नन्हे अणुओं द्वारा संचालित एक परिष्कृत आंतरिक संचार प्रणाली पर निर्भर करती हैं। इन अणुओं को सूक्ष्म प्रबंधकों के रूप में सोचें जो कोशिका को यह बताते हैं कि किन जीनों को चालू या बंद करना है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि कोशिका अपने निर्धारित व्यवहार के अनुरूप कार्य करे। इन प्रबंधकों को बनाने के लिए, कोशिका 'ड्रोशा' (Drosha) नामक एक आणविक मशीन का उपयोग करती है, जो एक एंजाइम है जो सटीक कैंची की तरह कार्य करता है, जो कच्चे आनुवंशिक पदार्थ को तैयार, उपयोगी रूप में काटता है। यदि यह काटने की प्रक्रिया दोषपूर्ण होती है, तो प्रबंधक कभी बन ही नहीं पाते, और कोशिका अपनी स्वयं की नियमन करने की क्षमता खो देती है।
वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि ड्रोशा जीवन के लिए आवश्यक है, लेकिन वे बिल्कुल इस बात को पहचानने में संघर्ष करते रहे हैं कि इस एंजाइम के कौन से हिस्से इसके कार्य के लिए सबसे महत्वपूर्ण हैं। आनुवंशिक कोड में एक एकल परिवर्तन, जिसे उत्परिवर्तन (mutation) कहा जाता है, कभी-कभी इस मशीन को खराब कर सकता है, लेकिन उस विशिष्ट स्थान को खोजना जहाँ एक परिवर्तन समस्या पैदा करता है, एक विशाल टेपेस्ट्री में एक ढीले धागे को खोजने जैसा है। एक नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने चूहों के ड्रोशा एंजाइम में एक विशिष्ट कमजोर बिंदु की पहचान करने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन को प्रयोगशाला प्रयोगों के साथ जोड़ा। उन्होंने पाया कि एंजाइम पर एक विशिष्ट स्थान पर एक सूक्ष्म परिवर्तन दो महत्वपूर्ण माइक्रोआरएनए के उत्पादन को बाधित करता है, जिनमें से एक ट्यूमर से रक्षा करता है और दूसरा उन्हें बढ़ावा दे सकता है। यह खोज इस बात पर एक नई दृष्टि प्रदान करती है कि कैसे जीवन की मशीनरी को संवहनी स्वास्थ्य (vascular health) को प्रभावित करने के लिए संभावित रूप से बदला जा सकता है।
शोधकर्ताओं ने अपने अध्ययन की शुरुआत गणना के माध्यम से एक पहेली को हल करने के रूप में ड्रोशा जीन के साथ की। उन्होंने चूहे के ड्रोशा एंजाइम का आनुवंशिक ब्लूप्रिंट एकत्र किया और इसे कंप्यूटर प्रोग्राम की एक श्रृंखला के माध्यम से चलाया, जिसे यह अनुमान लगाने के लिए डिज़ाइन किया गया था कि अमीनो एसिड अनुक्रम में परिवर्तन प्रोटीन की स्थिरता और कार्य को कैसे प्रभावित करेंगे। ये प्रोग्राम वर्चुअल फिल्टर के रूप में कार्य करते हैं, जो हजारों संभावित उत्परिवर्तनों में से उन चुनिले बदलावों को खोजते हैं जिनके कारण नुकसान होने की सबसे अधिक संभावना है। विश्लेषण ने एंजाइम पर एक एकल, विशिष्ट स्थान की ओर संकेत किया: स्थिति 401। एंजाइम के सामान्य, स्वस्थ संस्करण में, यह स्थान ग्लूटामिक एसिड नामक अमीनो एसिड द्वारा घेरा गया है। कंप्यूटर मॉडल ने सुझाव दिया कि यदि इसे ग्लुटामाइन नामक एक अलग अमीनो एसिड से बदल दिया जाए, तो एंजाइम अस्थिर और कम प्रभावी हो जाएगा।
इस भविष्यवाणी का परीक्षण करने के लिए, टीम ने एंजाइम का एक विस्तृत त्रि-आयामी मॉडल बनाया, जो इसके सामान्य रूप और स्थिति 401 पर विशिष्ट उत्परिवर्तन, दोनों में था। फिर उन्होंने सिम्युलेट किया कि ये मॉडल समय के साथ कैसे व्यवहार करेंगे, यह देखते हुए कि वे एक आभासी वातावरण में कैसे चलते और मुड़ते हैं। सिमुलेशन ने खुलासा किया कि उत्परिवर्तित संस्करण का एंजाइम वास्तव में अपनी संरचना में अधिक स्थिर था, लेकिन यह स्थिरता एक कीमत के साथ आई। उत्परिवर्तन ने ऐसा प्रतीत होता है कि एंजाइम के उसके साथी प्रोटीन, डीजीसीआर8 (Dgcr8) के साथ होने वाले संपर्क को बदल दिया, जो पूर्ण काटने वाली मशीन बनाने के लिए आवश्यक है। कंप्यूटर डेटा ने सुझाव दिया कि इस साझेदारी में परिवर्तन मशीन की कच्चे आनुवंशिक पदार्थ को परिपक्व माइक्रोआरएनए में संसाधित करने की क्षमता को कमजोर कर देगा।
कंप्यूटर मॉडल द्वारा मजबूत संकेत मिलने के बाद, शोधकर्ता यह देखने के लिए प्रयोगशाला में गए कि क्या जीवित कोशिकाओं में भी यही प्रभाव होता है। उन्होंने चूहे की संवहनी चिकनी मांसपेशी कोशिकाओं (vascular smooth muscle cells) में प्राकृतिक ड्रोशा जीन को शांत करने की तकनीक का उपयोग किया, जिससे प्रभावी रूप से कोशिका की माइक्रोआरएनए बनाने की क्षमता बंद हो गई। एक बार जब कोशिकाएं एक बाहरी स्रोत पर निर्भर हो गईं, तो टीम ने ड्रोशा जीन के एक नए संस्करण को पेश किया। कोशिकाओं के एक समूह में, उन्होंने सामान्य, बिना उत्परिवर्तित जीन जोड़ा। दूसरे समूह में, उन्होंने स्थिति 401 वाले उत्परिवर्तित जीन को जोड़ा। इसके बाद उन्होंने दो प्रमुख माइक्रोआरएनए के स्तर को मापा: एमआईआर-16 (miR-16), जो एक ट्यूमर सप्रेसर के रूप में कार्य करता है, और एमआईआर-21 (miR-21), जो कोशिका वृद्धि को बढ़ावा देने के लिए जाना जाता है और कैंसर को चला सकता है।
परिणामों ने कंप्यूटर की भविष्यवाणी की पुष्टि की। उत्परिवर्तित एंजाइम वाले कोशिकाओं में, दोनों माइक्रोआरएनए का उत्पादन सामान्य एंजाइम वाले कोशिकाओं की तुलना में काफी कम हो गया। इसने सिद्ध किया कि स्थिति 401 पर उत्परिवर्तन ने वास्तव में इन महत्वपूर्ण अणुओं को परिपक्व करने की कोशिका की क्षमता को बाधित किया। हालाँकि, शोधकर्ताओं ने ध्यान दिया कि दोनों माइक्रोआरएनए के प्रति प्रतिक्रिया में एक उल्लेखनीय अंतर था। विकास को बढ़ावा देने वाले एमआईआर-21 का स्तर, सुरक्षात्मक एमआईआर-16 के स्तर की तुलना में बहुत अधिक तेजी से गिरा। विशेष रूप से, उत्परिवर्तन के कारण एमआईआर-21 की अभिव्यक्ति में 1.79 के कारक से गिरावट आई, जबकि एमआईआर-16 में 1.28 के कारक से गिरावट आई। यह सुझाव देता है कि उत्परिवर्तन का ऑन्कोजेनिक (oncogenic) माइक्रोआरएनए पर असंगत रूप से मजबूत प्रभाव पड़ता है, जो इसे कोशिका के सुरक्षात्मक तंत्र को पूरी तरह से बंद किए बिना हानिकारक कोशिका वृद्धि को कम करने के लिए एक उपयोगी लक्ष्य बना सकता है।
यह अध्ययन पहली बार है जब वैज्ञानिकों ने संवहनी चिकनी मांसपेशी कोशिकाओं के संदर्भ में ड्रोशा एंजाइम पर इस विशिष्ट उत्परिवर्तन स्थल की पहचान और सत्यापन किया है। डिजिटल मॉडलिंग को भौतिक प्रयोगों के साथ जोड़कर, टीम ने प्रदर्शित किया कि आनुवंशिक कोड में एक एकल, छोटा सा परिवर्तन कोशिका के आंतरिक संचार नेटवर्क पर मापने योग्य प्रभाव डाल सकता है। हालांकि यह शोध अभी तक संवहनी रोगों के लिए कोई नया उपचार प्रदान नहीं करता है, लेकिन यह एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है कि ड्रोशा एंजाइम कैसे कार्य करता है और इसे कैसे इंजीनियर किया जा सकता है। निष्कर्ष बताते हैं कि इस एंजाइम के अनुक्रम को सावधानीपूर्वक पुनर्गठित करके, विशिष्ट माइक्रोआरएनए के उत्पादन को सूक्ष्म रूप से नियंत्रित करना संभव हो सकता है, जो रक्त वाहिकाओं की जटिल व्यवहारों को समझने और संभावित रूप से प्रबंधित करने के लिए एक नया मार्ग प्रदान करता है।
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