NSD2 deficiency disrupts the epigenetic landscape of cochlear hair cells to enhance ECM expression and to perturb cochlear hair cell function

श्रवण शक्ति सूक्ष्म इंजीनियरिंग का एक चमत्कार है। आंतरिक कान के शंख के आकार के कोक्लिया (cochlea) के भीतर, हजारों सूक्ष्म संवेदी कोशिकाएं जिन्हें हेयर सेल्स (hair cells) कहा जाता है, ध्वनि तरंगों को पकड़ने के लिए व्यवस्थित पंक्तियों में खड़ी रहती हैं। ये कोशिकाएं केवल वहां बैठी नहीं रहतीं; वे प्रोटीन और फाइबर के एक जटिल मचान (scaffolding) द्वारा बंधी और समर्थित होती हैं जिसे बाह्यकोशिकीय मैट्रिक्स (extracellular matrix) कहा जाता है। यह मचान ईंटों के बीच लगने वाले गारे की तरह कार्य करता है, जो इन नाजुक संरचनाओं को अपने स्थान पर बनाए रखता है और यह सुनिश्चित करता है कि ध्वनि आने पर वे पूर्ण सामंजस्य के साथ हिलें। यदि यह मचान बहुत अधिक सख्त, बहुत ढीला हो जाता है, या इसमें बहुत अधिक सामग्री जमा हो जाती है, तो हेयर सेल्स सही ढंग से कंपन नहीं कर पाते हैं, और ध्वनि का संकेत खो जाता है। दशकों से, वैज्ञानिक जानते रहे हैं कि आनुवंशिक उत्परिवर्तन (genetic mutations) इन कोशिकाओं की मशीनरी को खराब कर सकते हैं, लेकिन एक नया अध्ययन बताता है कि इस मचान के निर्माण के निर्देश स्वयं 'ईंटों' जितने ही महत्वपूर्ण हो सकते हैं।

शोधकर्ता लंबे समय से संदेह कर रहे थे कि हमारे डीएनए पर मौजूद रासायनिक टैग, जो जीन्स के लिए वॉल्यूम नॉब (volume knobs) की तरह कार्य करते हैं, इस बात में भूमिका निभाते हैं कि ये कान की कोशिकाएं कैसे विकसित होती हैं। ऐसा ही एक टैग, जिसे H3K36me2 नामक एक रासायनिक संशोधन कहा जाता है, NSD2 नामक एक एंजाइम द्वारा डीएनए में जोड़ा जाता है। जबकि NSD2 को सामान्य विकास के लिए महत्वपूर्ण माना जाता है, कान की इन श्रवण कोशिकाओं के भीतर इसका विशिष्ट कार्य एक रहस्य बना हुआ था। शंघाई जियाओ टोंग विश्वविद्यालय और अन्य संस्थानों के वैज्ञानिकों की एक टीम ने इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया। वे यह जानना चाहते थे कि क्या होता है जब कान की कोशिकाएं NSD2 बनाने की क्षमता खो देती हैं। चूहों की एक ऐसी नस्ल बनाकर जिनमें विशेष रूप से उनकी हेयर सेल्स में इस एंजाइम की कमी थी, उन्होंने एक ऐसी श्रृंखला की खोज की जो एक गायब रासायनिक टैग से शुरू होती है और संरचनात्मक सामग्री के जमाव पर समाप्त होती है जो शारीरिक रूप से सुनने की क्षमता को बाधित करती है।

शोधकर्ताओं ने सबसे पहले यह अवलोकन करना शुरू किया कि चूहों के विकसित होते कानों में NSD2 स्वाभाविक रूप से कब मौजूद होता है। उन्होंने पाया कि यह एंजाइम हेयर सेल्स के परिपक्वता के शुरुआती चरणों के दौरान सबसे अधिक सक्रिय होता है, ठीक उसी समय जब कोशिकाएं खुद को सटीक पंक्तियों में व्यवस्थित कर रही होती हैं। इस समय ने यह संकेत दिया कि NSD2 कान की वास्तुकला स्थापित करने के लिए आवश्यक है। इसकी जांच करने के लिए, टीम ने चूहों की एक ऐसी रेखा तैयार की जहाँ NSD2 जीन को केवल हेयर सेल्स में बंद कर दिया गया था। इसके परिणाम तत्काल और गंभीर थे। ये चूहे गंभीर श्रवण दोष से पीड़ित थे, जो आवृत्तियों (frequencies) की एक विस्तृत श्रृंखला में ध्वनियों का पता लगाने में असमर्थ थे। जब वैज्ञानिकों ने सूक्ष्मदर्शी के नीचे इन चूहों के कानों की जांच की, तो उन्होंने देखा कि हेयर सेल्स अभी भी जीवित थे, लेकिन उनकी व्यवस्था अराजक थी। कोशिकाओं की सुव्यवस्थित, समानांतर पंक्तियाँ एक-दूसरे से दूर फैल गई थीं, जिससे उनके बीच चौड़े, खाली अंतराल बन गए थे। कोशिकाओं के ऊपर स्थित छोटे बालों जैसे गुच्छे, जो आमतौर पर ध्वनि पकड़ने के लिए एक आदर्श W-आकार बनाते हैं, चपटे और अव्यवस्थित हो गए थे।

कोशिकाएं अपनी जगह से क्यों हट गईं, इसे समझने के लिए टीम ने कोशिकाओं के भीतर आणविक निर्देशों का अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि NSD2 के बिना, डीएनए से H3K36me2 का रासायनिक टैग गायब हो गया। इस नुकसान ने कोशिका की आनुवंशिक गतिविधि में एक बड़े बदलाव को जन्म दिया। वे जीन जिन्हें कम किया जाना चाहिए था उन्हें बढ़ा दिया गया, और इसके विपरीत। सबसे महत्वपूर्ण बात यह थी कि कोशिकाओं ने बाह्यकोशिकीय मैट्रिक्स प्रोटीन, विशेष रूप से कोलेजन (collagen) की अत्यधिक मात्रा का उत्पादन करना शुरू कर दिया। एक स्वस्थ कान में, कोलेजन आवश्यक सहायता प्रदान करता है, लेकिन इन उत्परिवर्तित चूहों में, कोशिकाएं इसका अत्यधिक उत्पादन कर रही थीं। यह अतिरिक्त कोलेजन हेयर सेल्स के बीच के स्थानों में जमा हो गया, जिससे वे प्रभावी रूप से उन्हें एक-दूसरे से दूर धकेल रहा था और कॉर्टि का अंग (organ of Corti) की नाजुक संरचना को विकृत कर रहा था। शोधकर्ताओं ने इसे कोशिका के आंतरिक नियमन की विफलता के रूप में वर्णित किया, जहाँ एक एकल एंजाइम की अनुपस्थिति से संरचनात्मक सामग्री का अनियंत्रित उत्पादन हुआ, जिसने सुनने की प्रक्रिया को शारीरिक रूप से जाम कर दिया।

टीम ने एक प्रयोगशाला सेल लाइन का उपयोग करके इस तंत्र की पुष्टि की जो हेयर सेल्स की नकल करती है। जब उन्होंने इन कोशिकाओं से NSD2 जीन को हटाया, तो कोशिकाओं ने भी बहुत अधिक कोलेजन का उत्पादन करना शुरू कर दिया और अपना सामान्य आकार खो दिया। उन्होंने पाया कि कोशिकाएं इस आधार पर अलग तरह से व्यवहार करती थीं कि जिस सतह पर वे बढ़ रही हैं वह कितनी सख्त है, जिससे यह संकेत मिलता है कि अतिरिक्त कोलेजन उनके परिवेश को महसूस करने के तरीके को बदल रहा है। यह सिद्ध करने के लिए कि यह जमाव सुनने की हानि का सीधा कारण था, शोधकर्ताओं ने एक 'रेस्क्यू प्रयोग' (rescue experiment) किया। उन्होंने एक हानिरहित वायरस का उपयोग करके बहरे चूहों के कानों में एक आनुवंशिक "साइलेंसर" (silencer) पहुँचाया, जो अतिरिक्त कोलेजन के लिए जिम्मेदार विशिष्ट जीन्स को लक्षित करता था। इस हस्तक्षेप ने कोलेजन की मात्रा को कम कर दिया, जिससे हेयर सेल्स को सामान्य व्यवस्था में लौटने में मदद मिली, और चूहों की सुनने की क्षमता में महत्वपूर्ण सुधार हुआ।

यह अध्ययन श्रवण अक्षमता के एक नए मार्ग को प्रकट करता है, जो दर्शाता है कि समस्या हमेशा एक टूटी हुई कोशिका की नहीं होती, बल्कि कभी-कभी एक टूटे हुए निर्देश की होती है जो बहुत अधिक सहायता सामग्री की ओर ले जाता है। निष्कर्ष बताते हैं कि एंजाइम NSD2 एक द्वारपाल (gatekeeper) के रूप में कार्य करता है, जो कान के विकास के दौरान बाह्यकोशिकीय मैट्रिक्स के अत्यधिक उत्पादन को रोकता है। जब यह द्वारपाल गायब होता है, तो मचान अनियंत्रित रूप से बढ़ता है, जिससे सुनने के लिए आवश्यक सटीक ज्यामिति बाधित होती है। यह शोध सुनने की हानि के उपचार के लिए एक नया संभावित दिशा प्रदान करता है, यह सुझाव देते हुए कि अतिरिक्त कोलेजन को कम करने या NSD2 के कार्य को बहाल करने के उद्देश्य से की जाने वाली चिकित्सा पद्धतियां कान की संरचना को ठीक करने में मदद कर सकती हैं। हालांकि यह अध्ययन चूहों पर किया गया था, लेकिन यह खोज एक मौलिक जैविक सिद्धांत को उजागर करती है: हमारी इंद्रियों का स्वास्थ्य न केवल कोशिकाओं पर, बल्कि उस सटीक रासायनिक संतुलन पर भी निर्भर करता है जो उनके परिवेश को व्यवस्थित रखता है।