कीमोथेरेपी के लिए ग्लियोब्लास्टोमा प्रतिरोध पर काबू पाने की दिशा में एक रास्ता तैयार करना

दक्षिण कोरिया के उल्सान में इंस्टीट्यूट फॉर बेसिक साइंस (आईबीएस) के भीतर सेंटर फॉर जीनोमिक इंटीग्रिटी के शोधकर्ताओं ने उल्सान नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (यूएनआईएसटी) की जैव सूचना विज्ञान टीम के साथ मिलकर इसके पीछे के तंत्र में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि का खुलासा किया है। टीएमजेड प्रतिरोध। उनका काम इस विनाशकारी कैंसर के खिलाफ अधिक प्रभावी उपचार का मार्ग प्रशस्त कर सकता है।

यह समझना कि टीएमजेड कैसे काम करता है – और विफल रहता है

टीएमजेड डीएनए क्षति, विशेष रूप से एक संशोधन जिसे कहा जाता है, को प्रस्तुत करके काम करता है हे⁶-मिथाइल ग्वानिन (हे⁶-एमईजी), जो एक संशोधित डीएनए बेस गुआनिन है जिसमें मिथाइल समूह को स्थिति 6 में ऑक्सीजन में जोड़ा जाता है। आम तौर पर, एक सेल की बेमेल मरम्मत (एमएमआर) प्रणाली क्षति को ठीक करने का प्रयास करती है, लेकिन के मामले में हे⁶-एमईजी, उत्परिवर्तित आधार जोड़ी साइटोसिन की तरह थाइमिन के साथ कुशलतापूर्वक जोड़ी बना सकती है। इसके कारण मरम्मत प्रक्रिया गड़बड़ा जाती है, जिससे असफल मरम्मत प्रयासों का एक दुष्चक्र बनता है जो अंततः ट्यूमर कोशिकाओं को मार देता है। हालाँकि, यदि MMR मार्ग अक्षम है, तो O6-meG अब इस विषाक्त चक्र को ट्रिगर नहीं करता है। इसके बजाय, यह कोशिकाओं को मारे बिना बड़ी संख्या में साइटोसिन-टू-थाइमिन उत्परिवर्तन की ओर ले जाता है। दोषपूर्ण एमएमआर वाला ट्यूमर टीएमजेड के प्रति 100 गुना अधिक प्रतिरोधी हो जाता है।

टीएमजेड की बहुत अधिक खुराक देकर इन प्रतिरोधी ट्यूमर को मारना अभी भी संभव है। इन उच्च सांद्रता पर, टीएमजेड एक और मिथाइलेटेड बेस, 3-मिथाइल एडेनिन (3-एमईए) उत्पन्न करता है, जो कैंसर कोशिकाओं में डीएनए संश्लेषण को अवरुद्ध करता है। इस बेस की मरम्मत एक अलग डीएनए रिपेयर पाथवे द्वारा की जाती है, जिसे बेस एक्सिशन रिपेयर (बीईआर) कहा जाता है। बीईआर मार्ग में पहला एंजाइम, जिसे एमपीजी कहा जाता है, पूरे न्यूक्लियोटाइड को नहीं बल्कि केवल उसके आधार भाग को उत्सर्जित करता है, जिससे एक एबेसिक साइट बनती है, जिसे एपीई1 नामक एक अन्य एंजाइम द्वारा एकल-स्ट्रैंड डीएनए ब्रेक में परिवर्तित किया जाता है, और फिर अंतर होता है भरा और सील किया गया. हालाँकि, यदि APE1 बाधित होता है, तो ग्लियोब्लास्टोमा कोशिकाएं TMZ के प्रति अत्यधिक संवेदनशील हो जाती हैं, भले ही MMR मार्ग निष्क्रिय हो। इस प्रकार, APE1 ट्यूमर केमोरेसिस्टेंस के एच्लीस हील (यानी, सबसे कमजोर स्थान) का प्रतिनिधित्व करता है।

उत्परिवर्तन और उम्र बढ़ने से इसके संबंध के बारे में आश्चर्यजनक जानकारी

आश्चर्यजनक रूप से, आईबीएस शोधकर्ताओं ने पाया कि यदि एमपीजी एंजाइम निष्क्रिय है और बीईआर शुरू नहीं किया जा सकता है, तो कोशिकाएं टीएमजेड के प्रति प्रतिरोधी बनी रहती हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रतिकृति ब्लॉक को एक विशेष पोलीमरेज़ की मदद से दूर किया जा सकता है जो अवरुद्ध डीएनए अवशेषों के स्थान पर एडेनिन डाल सकता है। संपूर्ण जीनोम अनुक्रमण का उपयोग करके, IBS/UNIST टीम उस स्थान को चिह्नित करते हुए एक उत्परिवर्तनीय “निशान” का पता लगा सकती है जहां प्रतिकृति ब्लॉक हुआ था।

विशिष्ट डीएनए पोलीमरेज़ जो तब बचाव में आते हैं जब डीएनए प्रतिकृति 3-एमईए या किसी अन्य प्रतिकृति-अवरुद्ध घाव द्वारा अवरुद्ध हो जाती है, जिसे उपयुक्त रूप से ट्रांसलेशन सिंथेसिस (टीएलएस) पोलीमरेज़ कहा जाता है। वे मुख्य प्रतिकृति एंजाइमों से भिन्न होते हैं, जो डीएनए के बड़े हिस्से को संश्लेषित करते हैं, इसमें वे कम सटीक होते हैं और बेमेल न्यूक्लियोटाइड डाल सकते हैं, जो उन्हें घाव को बायपास करने की अनुमति देता है। हालाँकि, इस अनूठी विशेषता के अवांछित परिणाम हो सकते हैं: टीएलएस पोलीमरेज़ न केवल प्रतिकृति के रास्ते में आने वाली बाधाओं को दूर करते हैं, बल्कि त्रुटियाँ भी उत्पन्न करते हैं। जितनी अधिक बार कोशिका को टीएलएस पोलीमरेज़ का उपयोग करना पड़ता है, जीनोम में उतने ही अधिक उत्परिवर्तनीय “निशान” जमा होते हैं।

एक विशेष टीएलएस पोलीमरेज़, तथाकथित पोलीमरेज़ ज़ेटा, को दूसरों की तुलना में अधिक बार रुके हुए प्रतिकृति फोर्क्स के बचाव के लिए बुलाया जाता है। इसका अपना “उत्परिवर्तन हस्ताक्षर” है, जो कि जहां भी पोलीमरेज़ ज़ेटा सक्रिय है, वहां जीनोम में अंकित हो जाता है। आईबीएस शोधकर्ताओं ने पाया कि पोलीमरेज़ ज़ेटा टीएमजेड-उपचारित कोशिकाओं में उत्परिवर्तनीय पृष्ठभूमि को बढ़ाता है।

महत्वपूर्ण बात यह है कि टीएमजेड उपचार के बाद उत्परिवर्तन संबंधी बोझ में योगदान देने के अलावा, इस अध्ययन में पोलीमरेज़ ज़ेटा को अनुपचारित कोशिकाओं में उत्परिवर्तन संचय के लिए जिम्मेदार मुख्य अपराधी भी पाया गया। जैसे-जैसे जीवों की उम्र बढ़ती है, उनकी कोशिकाएं उत्परिवर्तन जमा करती हैं। उत्परिवर्तन संचय की दर और जीव के जीवनकाल के बीच एक आश्चर्यजनक संबंध है, उदाहरण के लिए, एक अल्पकालिक जीवित चूहा लंबे समय तक जीवित रहने वाले मानव की तुलना में तेजी से उत्परिवर्तन जमा करता है। पोलीमरेज़ ज़ेटा द्वारा छोड़े गए उत्परिवर्तन पैटर्न उम्र बढ़ने वाले स्तनधारियों में पाए जाने वाले उत्परिवर्तन पैटर्न में से एक के समान होते हैं। यह अप्रत्याशित खोज उम्र बढ़ने के संभावित तंत्रों में से एक पर प्रकाश डालती है।

आगे बढ़ने का मार्ग निर्धारित करना

आईबीएस शोधकर्ताओं ने यह अध्ययन करने के लिए डीएनए मरम्मत म्यूटेंट के एक व्यापक संग्रह का उपयोग किया कि टीएमजेड उपचार से बचने के लिए कौन से जीन की आवश्यकता है। उन्होंने दर्जनों सेल लाइनों की टीएमजेड संवेदनशीलता का विश्लेषण किया, जिनमें से प्रत्येक में एक डीएनए मरम्मत जीन निष्क्रिय था। उन्होंने यह निर्धारित करने के लिए उपचारित और अनुपचारित कोशिकाओं के 400 से अधिक जीनोम को अनुक्रमित किया कि डीएनए मरम्मत मार्ग निष्क्रियता, टीएमजेड उपचार और उनके संयोजन के कारण क्या उत्परिवर्तन हुए।

उत्परिवर्तन के जैव सूचना विज्ञान विश्लेषण से तथाकथित “उत्परिवर्तन हस्ताक्षर” का पता चलता है, जो रासायनिक पदार्थों, विकिरण और डीएनए मरम्मत जीन के निष्क्रिय होने के कारण हो सकता है, जो अक्सर कैंसर में होता है। कंप्यूटर प्रोग्राम जीनोम में पाए जाने वाले सभी उत्परिवर्तनों का विश्लेषण करते हैं और मुख्य रूप से न्यूक्लियोटाइड प्रतिस्थापन के बाईं और दाईं ओर न्यूक्लियोटाइड के आधार पर उत्परिवर्तन पैटर्न निकालते हैं।

यह अध्ययन सामान्य और एमएमआर की कमी वाली आनुवंशिक पृष्ठभूमि में नॉकआउट के संग्रह का उपयोग करके और पूरे जीनोम अनुक्रमण के साथ सेल अस्तित्व परख के संयोजन का उपयोग करके व्यापक दृष्टिकोण का उपयोग करने वाला पहला है। इस शोध के दौरान, यह स्पष्ट हो गया कि दवा प्रतिरोध के अंतर्निहित डीएनए मरम्मत मार्ग अनावश्यक हैं, अर्थात, जब एक मार्ग निष्क्रिय हो जाता है, तो दूसरा बैकअप के रूप में काम कर सकता है। इस अतिरेक को प्रकट करने के लिए, प्याज को छीलने के विपरीत, क्रमिक रूप से विभिन्न मार्गों को निष्क्रिय करते हुए, कई नॉकआउट उत्पन्न करना आवश्यक है। जैसे ही कोशिका से उसकी डीएनए मरम्मत सुरक्षा छीन ली जाती है, परत दर परत, जीनोमिक उत्परिवर्तनीय हस्ताक्षर बदल जाते हैं, जो दर्शाता है कि दवा के जवाब में कौन से तंत्र सक्रिय होते हैं।

निष्कर्षों में से एक यह है कि कुछ जीनों की निष्क्रियता, उदाहरण के लिए, FANCD2, MMR-सक्षम कोशिकाओं को TMZ के प्रति संवेदनशील बनाती है, लेकिन MMR-कमी वाली कोशिकाओं के प्रतिरोध को प्रभावित नहीं करती है। इसके विपरीत, बीईआर में शामिल जीनों का नॉकआउट, जैसे APE1 और XRCC1एमएमआर-कमी वाली कोशिकाओं को संवेदनशील बनाता है लेकिन एमएमआर-कुशल कोशिकाओं पर इसका बहुत कम प्रभाव पड़ता है। अध्ययन डीएनए मरम्मत प्रोटीन अवरोधकों के साथ टीएमजेड प्रतिरोध से निपटने के मार्ग की रूपरेखा तैयार करना संभव बनाता है। उदाहरण के लिए, एमपीजी को स्वयं बाधित करने वाले पदार्थ टीएमजेड प्रभाव को अधिक शक्तिशाली बनाने की संभावना नहीं रखते हैं।

दूसरी ओर, टीएमजेड प्रतिरोध के निर्माण से निपटने के लिए APE1 का निषेध एक बहुत ही आशाजनक दृष्टिकोण प्रतीत होता है। चूंकि APE1 को लक्षित करने वाली दवाएं विकसित की जा रही हैं, इसलिए TMZ के साथ सहक्रियात्मक प्रभावों के लिए उनका परीक्षण करना महत्वपूर्ण होगा। एक अन्य संभावित आशाजनक दृष्टिकोण APE1 और TLS अवरोधकों का संयोजन है। IBS/UNIST शोधकर्ता अब TLS पोलीमरेज़ की पहचान करने पर ध्यान केंद्रित करने की योजना बना रहे हैं जो TMZ प्रतिरोध के लिए प्रासंगिक हैं।

IBS/UNIST टीम के निष्कर्ष ग्लियोब्लास्टोमा प्रतिरोध को समझने में एक महत्वपूर्ण कदम का प्रतिनिधित्व करते हैं और नए, अधिक प्रभावी उपचारों के लिए आशा प्रदान करते हैं। जैसे-जैसे शोधकर्ता ट्यूमर से बचाव की जटिल परतों का पता लगाना जारी रखते हैं, उनका काम हमें ऐसे उपचार विकसित करने के करीब लाता है जो सबसे जिद्दी कैंसर को भी मात दे सकता है।