प्राचीन वायरल DNA भ्रूण को बढ़ने में मदद करता है—और कैंसर उसी स्विच का फायदा उठाता है

एक वायरल जीवाश्म जिसे हमारी कोशिकाओं ने काम पर लगा लिया

ह्यूमन एंडोजेनस रेट्रोवायरस, या HERVs, उन संक्रमणों के आणविक अवशेष हैं जो बहुत पहले हुए थे, जब वायरस ने अपनी आनुवंशिक सामग्री को मानव जीनोम में डाल दिया था। ये अनुक्रम अब किसी को संक्रमित नहीं कर सकते। फ्रांसिस क्रिक इंस्टीट्यूट में रेट्रोवायरल इम्यूनोलॉजी लेबोरेटरी का नेतृत्व करने वाले जॉर्ज कासियोटिस समझाते हैं कि DNA के ऐसे हिस्से विकासवादी समय में तभी बने रहते हैं जब हमारी कोशिकाओं ने उनके लिए कोई और उपयोग खोज लिया हो। उनकी टीम को संदेह था कि इन अनुक्रमों के एक विशेष परिवार, जिसे HERVH कहा जाता है, के साथ ठीक यही हुआ था, जो कैलबाइंडिन नामक कैल्शियम-बाइंडिंग प्रोटीन बनाने वाले जीन के लिए एक स्विच का काम करता है।

उस संदेह को परखने लायक बात थी, क्योंकि यही स्विच पहले से ही शुरुआती भ्रूण बनाने वाली कोशिकाओं में देखा गया था। वहां इसकी मौजूदगी ने संकेत दिया कि यह मानव विकास की एक महत्वपूर्ण अवधि के दौरान मायने रख सकता है—केवल ट्यूमर जीव विज्ञान की एक जिज्ञासा के रूप में नहीं, बल्कि जीवन के पहले दिनों की सामान्य मशीनरी के हिस्से के रूप में।

कैंसर की जीवित रहने की चाल ने प्रयोगशाला को क्यों चौंकाया

तीन साल पहले, कासियोटिस और उनके सहयोगियों ने एक अप्रत्याशित खोज की: कैलबाइंडिन बनाने का एक विशिष्ट तरीका कैंसर कोशिकाओं को उम्र बढ़ने से रोककर जीवित रहने में मदद करता था। इस परिणाम ने एक अजीब सवाल खड़ा किया। आखिर ऐसा तंत्र, जो ट्यूमर की वृद्धि को बढ़ावा देता है, शुरू में मौजूद क्यों होगा?

कैल्शियम का जीव विज्ञान एक सुराग देता है। अधिक मात्रा में कैल्शियम कोशिकाओं के लिए विषैला हो जाता है, इसलिए इसका स्तर संकीर्ण सीमाओं के भीतर रखना पड़ता है। कैलबाइंडिन कोशिका से कैल्शियम हटाता है, और यह सामान्यतः मस्तिष्क और गुर्दे में पाया जाता है—दो ऐसे ऊतक जहां कैल्शियम की सांद्रता को कड़ाई से नियंत्रित रखना जरूरी है। फिर भी टीम ने पाया कि कैलबाइंडिन का एक निश्चित रूप फेफड़ों के कैंसर कोशिकाओं में मौजूद था, और उसे हमारे जीनोम में धंसे वायरल DNA के एक अवशेष द्वारा चालू किया गया था।

उस खोज ने उस पहेली का ढांचा तैयार किया जिसका पीछा शोधकर्ताओं ने अब भ्रूणीय विकास तक किया है। अगर HERVH-प्रेरित कैलबाइंडिन इतना उपयोगी है कि संरक्षित रहे, तो शायद इसका मूल उद्देश्य ट्यूमर के बजाय भ्रूण में है।

मानव भ्रूणीय स्टेम कोशिकाओं में स्विच की जांच

जांच करने के लिए, उस समय कासियोटिस की टीम में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता जूडिथ पापे ने कैथी नियाकन के समूह के साथ हाथ मिलाया। नियाकन की प्रयोगशाला ने मानव भ्रूणों में आनुवंशिक संपादन की शुरुआत की थी, यह काम उसने क्रिक में शुरू किया और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में जारी रखा। उस विशेषज्ञता ने इस सहयोग को सीधा सवाल पूछने के साधन दिए: जब आप विशेष रूप से मानव भ्रूणीय स्टेम कोशिकाओं में कैलबाइंडिन, या उसे चलाने वाले HERVH अनुक्रम को हटा देते हैं, तो क्या होता है?

नतीजे Science Advances जर्नल में प्रकाशित हुए हैं। साथ मिलकर, ये प्रयोग एक वायरल अवशेष को उस कोशिकीय रखरखाव से जोड़ते हैं जो शुरुआती मानव विकास को पटरी पर रखता है। यह काम फ्रांसिस क्रिक इंस्टीट्यूट में किया गया और इसमें ऐसे शोधकर्ता शामिल थे जिनकी विशेषज्ञताएं रेट्रोवायरल इम्यूनोलॉजी और मानव भ्रूण आनुवंशिकी तक फैली हुई हैं—एक ऐसा संयोजन जिसने कैंसर मॉडल और स्टेम कोशिका प्रणालियों के बीच आगे-पीछे जाना संभव बनाया।

जीवित मॉडल के रूप में एम्नियोइड्स और ब्लास्टोसिस्ट

साक्ष्य का एक केंद्रीय हिस्सा उन स्टेम कोशिका मॉडलों से आता है जो एम्नियोटिक थैली के विकास की नकल करते हैं, जिन्हें पोस्ट-गैस्ट्रुलेशन एम्नियोइड्स कहा जाता है। जब मुख्य कैल्शियम-बफरिंग जीन और उसके साथ आने वाला वायरल स्विच बरकरार रहते हैं, तो ये संरचनाएं अपेक्षा के अनुसार बनती हैं। जब जीन और उसका स्विच गायब होते हैं, तो एम्नियोइड्स ठीक से नहीं बन पाते। यह अंतर एक दृश्य प्रदर्शन देता है कि HERVH–कैलबाइंडिन सर्किट इन शुरुआती संरचनाओं के लिए आकस्मिक नहीं है।

शोधकर्ताओं ने HERVH-कैलबाइंडिन के साथ और उसके बिना भ्रूणों से विकसित हो रहे मानव ब्लास्टोसिस्ट की भी जांच की। स्विच बनाए रखने वाले भ्रूणों की तुलना उससे रहित भ्रूणों से करने से यह समझने की खिड़की मिलती है कि यह सर्किट विकास के शुरुआती चरणों को कैसे प्रभावित करता है, जब कोशिकाएं तेजी से विभाजित हो रही होती हैं और नियति के फैसले लिए जा रहे होते हैं।

एक ही सर्किट के दो चेहरे

कुल मिलाकर, ये निष्कर्ष एक ऐसे आनुवंशिक स्विच का वर्णन करते हैं जिसका दोहरा जीवन है। भ्रूण में, यह उन कोशिकाओं के विकास और संगठन का समर्थन करता प्रतीत होता है जो एम्नियोटिक थैली और अन्य शुरुआती संरचनाएं बनाएंगी। फेफड़ों के कैंसर में, वही सर्किट घातक कोशिकाओं को उम्र बढ़ने की उस प्रक्रिया को रोककर जीवित रखने के लिए दोबारा इस्तेमाल किया जाता है जो अन्यथा उनका अंत कर देती।

यह द्वैत कैंसर जीव विज्ञान में एक परिचित पैटर्न है: ट्यूमर अक्सर विकसित हो रहे ऊतकों से जुड़े कार्यक्रमों को फिर से सक्रिय कर देते हैं, भ्रूणीय जीवन के विकास और उत्तरजीविता संकेतों को उधार ले लेते हैं। इस मामले को विशिष्ट बनाती है स्विच का स्रोत। यह कोई ऐसा जीन नहीं है जिसे हमारे पूर्वजों ने शुरू से विकसित किया हो, बल्कि वायरल DNA का एक टुकड़ा है जो मानव जीनोम में समाहित हुआ और बाद में दोबारा इस्तेमाल में लाया गया।

• HERVH एक ह्यूमन एंडोजेनस रेट्रोवायरस है—जीनोम में संरक्षित एक गैर-संक्रामक वायरल अवशेष।
• HERVH अनुक्रम कैलबाइंडिन के उत्पादन को चलाता है, एक प्रोटीन जो कोशिकाओं से कैल्शियम हटाता है।
• कैलबाइंडिन सामान्यतः मस्तिष्क और गुर्दे में पाया जाता है, जहां कैल्शियम को कड़ाई से नियंत्रित रखना जरूरी है।
• कैलबाइंडिन का एक विशिष्ट रूप पहले ही फेफड़ों के कैंसर कोशिका की उत्तरजीविता और उम्र बढ़ने के प्रति प्रतिरोध से जोड़ा जा चुका था।
• कैलबाइंडिन, या उसे नियंत्रित करने वाले HERVH स्विच को हटाने से मानव भ्रूणीय स्टेम कोशिका मॉडल बाधित होते हैं।
• एम्नियोटिक थैली के विकास की नकल करने वाले एम्नियोइड्स जीन और उसके स्विच के बिना अपेक्षा के अनुसार नहीं बन पाते।

इस काम का क्या मतलब हो सकता है

यह अध्ययन एंडोजेनस रेट्रोवायरस को निष्क्रिय कचरे के बजाय मानव जीनोम के कार्यात्मक हिस्सों के रूप में देखने की बढ़ती तस्वीर में जोड़ता है। विकासवादी समय में, जो अनुक्रम बचे रहते हैं, वे वही प्रतीत होते हैं जिन्होंने अपनी जगह कमाई है, और HERVH अब सामान्य जीव विज्ञान में शामिल किए गए वायरल अवशेष का स्पष्ट उदाहरण लगता है।

कैंसर का पहलू भी उतना ही महत्वपूर्ण है। अगर ट्यूमर ऐसे स्विच पर निर्भर हैं जिसका इस्तेमाल भ्रूण भी करते हैं, तो यह समझना कि वह स्विच कैसे चालू होता है—और कैल्शियम बफरिंग कोशिकाओं को तनाव और उम्र बढ़ने से कैसे बचाती है—आगे चलकर रोग में उसे बाधित करने की रणनीतियों में मदद कर सकता है। ऐसा कोई भी अनुप्रयोग अभी बहुत दूर है, और अब तक का शोध उपचारों के बजाय मूलभूत तंत्रों पर केंद्रित है।

यह काम यह भी दर्शाता है कि शुरुआती विकास कितना नाजुक हो सकता है। एक प्राचीन संक्रमण से विरासत में मिला एक ही नियंत्रण तत्व यह प्रभावित करता प्रतीत होता है कि मॉडल संरचनाएं सही ढंग से जुड़ती हैं या नहीं। वायरल इतिहास और मानव प्रजनन जीव विज्ञान के बीच यह संबंध आगे और खोजा जाने की संभावना है, खासकर जब एम्नियोइड्स जैसे स्टेम कोशिका मॉडल और परिष्कृत होते जाएंगे और शोधकर्ताओं को विकास के उन चरणों का अध्ययन करने देंगे जिन्हें अन्यथा देखना मुश्किल है।

फिलहाल, संदेश एक चौंकाने वाला है: प्राचीन वायरल DNA का एक टुकड़ा, जो हानिरहित है और अपने संक्रामक दिनों से बहुत आगे निकल चुका है, मानव भ्रूण बनाने में मदद के लिए अपनाया गया है—और कैंसर ने उसी सर्किट का फायदा उठाना सीख लिया है।

यह लेख Medical Xpress की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।