कैंसर और न्यूरोडीजेनेरेटिव विकार जैसी बीमारियाँ अक्सर आनुवंशिक गलतियों से शुरू होती हैं, लेकिन उस ज्ञान को प्रभावी उपचारों में बदलना ऐतिहासिक रूप से ऐसा रहा है जैसे कि आपने 300 अलग-अलग खराब पुर्जों की पहचान कर ली हो, सब अलग-अलग काम कर रहे हों, और फिर आप कार ठीक करने की कोशिश करें। *नेचर* में प्रकाशित एक नए अध्ययन में एक संभावित समाधान प्रस्तुत किया गया है: पर्टर्बफ़ेट नामक एक प्लेटफ़ॉर्म, जो व्यवस्थित रूप से ट्रैक कर सकता है कि बीमारी से संबंधित आनुवंशिक परिवर्तन कोशिकाओं को कैसे बदलते हैं और पहचान सकता है कि ये परिवर्तन अंततः कहाँ एकत्रित होते हैं।
"हम यहाँ कैंसर दवा प्रतिरोध पर ध्यान केंद्रित करते हैं, लेकिन पेपर वास्तव में एक व्यापक प्रश्न से शुरू होता है: एक बार जब आप जान जाते हैं कि एक बीमारी सैकड़ों जीनों से जुड़ी है, तो आप उसे लक्षित करने के लिए एक थेरेपी कैसे डिज़ाइन करते हैं?" सिंगल-सेल जीनोमिक्स और जनसंख्या गतिकी की प्रयोगशाला के प्रमुख जुन्यू काओ कहते हैं। "हमने सोचा कि क्या ये सभी अलग-अलग जीन कुछ साझा डाउनस्ट्रीम सिग्नलिंग द्वारा मध्यस्थ हो सकते हैं जिसे हम खोज सकते हैं और इसके बजाय लक्षित कर सकते हैं।"
आनुवंशिक अनुक्रमण में प्रगति ने वैज्ञानिकों को बीमारी से जुड़े बड़ी संख्या में उत्परिवर्तनों की पहचान करने की अनुमति दी है, लेकिन इस प्रगति ने एक बड़ी नई चुनौती पैदा कर दी: शामिल जीन अक्सर कोशिकाओं के अंदर बहुत अलग-अलग कार्य करते हैं, जिसमें जीन गतिविधि को नियंत्रित करना और कोशिका सिग्नलिंग मार्गों का प्रबंधन करना शामिल है। इस जटिलता के कारण, ऐसे उपचारों को डिज़ाइन करना मुश्किल रहा है जो एक साथ कई उत्परिवर्तनों को संबोधित करते हैं। काओ को संदेह था कि ये प्रतीत होने वाले असंबंधित उत्परिवर्तन वास्तव में स्वतंत्र रूप से कार्य नहीं कर सकते हैं - वे साझा डाउनस्ट्रीम कार्यक्रमों में प्रवाहित हो सकते हैं जो अंततः निर्धारित करते हैं कि कोशिकाएं कैसे व्यवहार करती हैं। यदि यह सच था, तो वैज्ञानिकों को प्रत्येक उत्परिवर्तन को अलग-अलग लक्षित करने की आवश्यकता नहीं होगी; वे सामान्य नियामक नोड्स पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं जो रोग प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं।
इसका परीक्षण करने के लिए, टीम को एक ऐसी प्रणाली की आवश्यकता थी जो एक साथ कई आनुवंशिक व्यवधानों की तुलना कर सके, जबकि यह निगरानी कर सके कि प्रत्येक कोशिका को विस्तार से कैसे नया रूप देता है। मौजूदा प्रौद्योगिकियां केवल तस्वीर का एक हिस्सा पकड़ सकती थीं, अक्सर एक समय में कोशिकीय गतिविधि की एक परत को मापती थीं या यह देखने से चूक जाती थीं कि समय के साथ जीन गतिविधि गतिशील रूप से कैसे बदलती है। स्नातक छात्र ज़िहान ज़ू ने उन सीमाओं को दूर करने के लिए पर्टर्बफ़ेट विकसित किया, जिससे शोधकर्ता यह देख सकें कि विभिन्न आनुवंशिक व्यवधान वास्तविक समय में कोशिकाओं को कैसे बदलते हैं, डीएनए पहुंच और आरएनए उत्पादन को एक साथ ट्रैक करके। क्योंकि ये माप एक ही एकल कोशिका के भीतर एकत्र किए जाते हैं, सिस्टम कोशिका व्यवहार को नियंत्रित करने वाले जीन नेटवर्क को प्रकट कर सकता है और पहचान सकता है कि विशिष्ट उत्परिवर्तन समान डाउनस्ट्रीम प्रभाव कहाँ उत्पन्न करते हैं।
प्लेटफ़ॉर्म का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने मेलेनोमा की ओर रुख किया, जहां कई अलग-अलग उत्परिवर्तन उपचार के प्रति प्रतिरोध उत्पन्न कर सकते हैं। टीम ने मेलेनोमा दवा वेमुराफेनिब के प्रतिरोध से जुड़े 143 जीनों का चयन किया और मेलेनोमा कोशिकाओं में उन्हें व्यवस्थित रूप से निष्क्रिय कर दिया। पर्टर्बफ़ेट ने तब निगरानी की कि प्रत्येक व्यवधान समय के साथ कोशिकीय व्यवहार को कैसे बदलता है। नवनिर्मित आरएनए को लेबल करके, शोधकर्ता ताज़ा जीन गतिविधि को पुराने आणविक संकेतों से अलग कर सकते थे। एकल-कोशिका प्रोफाइलिंग ने उन्हें यह ट्रैक करने की भी अनुमति दी कि कौन से जीन सक्रिय थे, डीएनए के कौन से क्षेत्र सुलभ हो गए, और वे परिवर्तन कैसे विकसित हुए।
300,000 से अधिक कोशिकाओं की जांच करने के बाद, शोधकर्ताओं ने पाया कि कई अलग-अलग उत्परिवर्तन लगातार मेलेनोमा कोशिकाओं को उसी दवा-प्रतिरोधी स्थिति में धकेलते हैं। जब टीम ने उस स्थिति को चलाने वाले साझा नियामक नियंत्रण बिंदुओं को लक्षित किया, तो दवा प्रतिरोध में काफी कमी आई, जो संयोजन चिकित्सा के लिए एक आशाजनक रणनीति का सुझाव देती है। अध्ययन में मीडिएटर कॉम्प्लेक्स से जुड़ा एक महत्वपूर्ण विवरण भी सामने आया, एक कोशिकीय संरचना जो जीन गतिविधि को विनियमित करने में मदद करती है। शोधकर्ताओं ने पाया कि इसी कॉम्प्लेक्स के विभिन्न भागों को बाधित करना पूरी तरह से अलग जैविक मार्गों के माध्यम से दवा प्रतिरोध को ट्रिगर कर सकता है, लेकिन वे मार्ग अभी भी VEGFC के रूप में ज्ञात उसी मेलेनोमा उत्तरजीविता संकेत पर एकत्रित होते हैं। जब शोधकर्ताओं ने VEGFC को अवरुद्ध किया, तो प्रतिरोधी मेलेनोमा कोशिकाएं अब बढ़ने में सक्षम नहीं थीं।
"हम न केवल जीन अभिव्यक्ति, बल्कि आरएनए गतिकी और क्रोमैटिन अवस्था भी कैप्चर कर रहे हैं," काओ कहते हैं। "ह