एक्स्ट्राक्रोमोसोमल DNA (ecDNA)

संदर्भ

3 eDyNAmiC नामक टीम द्वारा नेचर पत्रिका में प्रकाशित शोधपत्रों में यह पता लगाया गया कि ecDNA का निर्माण किस प्रकार होता है और कैंसर तथा दवा प्रतिरोध की प्रगति में किस प्रकार योगदान देता है।

अध्ययन के निष्कर्ष

• विषय
• • पहला अध्ययन: ecDNA के निर्माण से पहले और बाद में ट्यूमर में उत्परिवर्तन पैटर्न का विश्लेषण किया गया ताकि धूम्रपान, कुछ पदार्थों के संपर्क में आने और DNA क्षति को उत्प्रेरित करने वाले आनुवंशिक उत्परिवर्तन जैसे कुछ कारकों की भूमिका की पहचान की जा सके, जिससे ecDNA का निर्माण होता है।
  • दूसरा अध्ययन: मेंडल के स्वतंत्र वर्गीकरण के तीसरे नियम का उल्लंघन यह रिपोर्ट करके किया गया कि ecDNA कोशिका विभाजन के दौरान समूह में संतति कोशिकाओं में परिवर्तित हो जाता है।
    • मेंडल का तीसरा नियम: एक ही गुणसूत्र पर स्थित जीन एक साथ आनुवंशिक रूप से मिलते हैं, जबकि विभिन्न गुणसूत्रों पर स्थित जीन एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से वितरित होते हैं, आमतौर पर जब कोशिकाएँ विभाजित होती हैं।
      • जब कोशिकाएँ विभाजित होती हैं, तो वे गुणसूत्रों की प्रतिलिपि बनाती हैं और उन्हें अपनी संतति कोशिकाओं में समान रूप से वितरित करती हैं।

• • तीसरा अध्ययन: इसने ecDNA पर निर्भर ट्यूमर में संभावित कमजोरी को उजागर किया, जिससे RNA निर्माण की प्रक्रिया में शामिल ‘सेलुलर मशीनरी’ और कैंसर कोशिकाओं की गतिविधि के बीच संघर्ष होता है, जिससे DNA क्षति होती है।
• नमूने: अध्ययन के लिए यू.के. की 100,000 जीनोम परियोजना से लगभग 15,000 कैंसर रोगियों के नमूनों का विश्लेषण किया गया, जिसमें 39 ट्यूमर प्रकार शामिल थे।
• प्रयुक्त विधि: ‘एम्पलीकॉन आर्किटेक्ट’ जैसे ‘कम्प्यूटेशनल टूल’ और उसके बाद ‘एम्पलीकॉन क्लासिफायर’ का उपयोग पूरे जीनोम अनुक्रमण डेटा से ecDNA की पहचान करने के लिए किया गया और निष्कर्षों को ‘फ्लोरोसेंस इन-सीटू हाइब्रिडाइजेशन’ (FISH) नामक विधि का उपयोग करके मान्य किया गया।
  • FISH तकनीक विशेष रूप से ऊतक के नमूनों में कैंसर से संबंधित कुछ जीनों की खोज करती है।
• आवश्यकता: ecDNA कैंसर रोगियों के लिए उपचार प्रतिरोध और खराब परिणाम का प्रमुख कारण है।
• निष्कर्ष:
  • व्यापक उपस्थिति: यह पाया गया कि ecDNA लगभग 17% ट्यूमर नमूनों में मौजूद था, लेकिन लिपोसारकोमा, मस्तिष्क ट्यूमर और स्तन कैंसर में यह अधिक था। कीमोथेरेपी जैसे उपचारों के बाद ecDNA का प्रचलन बढ़ गया, और यह मेटास्टेसिस के साथ सहसंबंधित हुआ। 
  • “जैकपॉट प्रभाव”: ‘डॉटर’ कोशिकाओं में ecDNA का समूहन, कैंसर कोशिकाओं को एक लाभ देता है क्योंकि यह उन्हें जीन अंतर्संबंधन को बढ़ाने, कैंसर के विकास का समर्थन करने और कई जीवन-चक्रों में अनुकूल आनुवंशिक संयोजनों को संरक्षित करने की अनुमति देता है।
    • आनुवंशिकी संबंधी अवधारणा में मौलिक बदलाव: यह उस विचार के विपरीत है कि जीन DNA स्ट्रैंड से जुड़े नहीं होते हैं तो जीन वंशागति पूरी तरह से यादृच्छिक होती है।
  • यह बताया गया कि प्रतिलेखन प्रक्रिया (DNA से RNA तक) कोशिका विभाजन के दौरान ecDNA के समन्वित पृथक्करण की सुविधा प्रदान करती है।
  • नया कैंसर उपचार: CHK1 प्रोटीन को अवरुद्ध करने के लिए एक दवा (BBI-2779) का उपयोग किया गया था, जिसमें पाया गया कि दवा ने ecDNA के साथ कैंसर कोशिकाओं को चुनिंदा रूप से समाप्त कर दिया, जिससे पेट के कैंसर से प्रभावित नमूनों में ट्यूमर की संख्या में काफी कमी आई।
    • यह विशेष रूप से ecDNA-संचालित कैंसर, जैसे- ग्लियोब्लास्टोमा और डिम्बग्रंथि और फेफड़ों के कैंसर के रोगियों के लिए नए उपचार विकल्प प्रदान कर सकता है।

ecDNA

• एक्स्ट्राक्रोमोसोमल DNA (ecDNA) एक प्रकार का DNA है, जो कोशिका के नाभिक में गुणसूत्रों के बाहर मौजूद होता है।
  • सामान्य मानव कोशिकाओं में, नाभिक में 23 जोड़े गुणसूत्र होते हैं, जो DNA को घेरे रहते हैं।

• खोज: ecDNA की खोज 1960 के दशक में हुई थी, जब इसकी मौजूदगी केवल 1.4% ट्यूमर में पाई गई थी।
• संरचना: ecDNA बड़े (आमतौर पर 500 किलोबेस से अधिक), संचलनीय, जीन-युक्त (और विनियामक-क्षेत्र-युक्त) गोलाकार DNA कण होते हैं, जो कई कैंसर कोशिकाओं के नाभिक में पाए जा सकते हैं।
• विभाजन: ecDNA में ‘सेंट्रोमियर’ की कमी होती है और यह कोशिका विभाजन के दौरान बेतरतीब ढंग से या विषम रूप से अलग हो जाता है
• ecDNA और कैंसर जीवविज्ञान
  • व्यापकता: वर्ष 2017 में प्रकाशित एक अध्ययन से पता चलता है कि ecDNA लगभग 40% कैंसर कोशिका रेखाओं में और 90% तक ‘रोगी-व्युत्पन्न मस्तिष्क ट्यूमर नमूनों’ में मौजूद है, जो कैंसर जीव विज्ञान को समझने के लिए इसका अध्ययन महत्त्वपूर्ण बनाता है।
  • ऑन्कोजीन: ecDNA मानव कैंसर में प्रवर्द्धित ऑन्कोजीन (कैंसर पैदा करने में सक्षम उत्परिवर्तित जीन) के लिए एक सामान्य स्रोत है और ट्यूमर में इसकी उपस्थिति में प्रायः ऑन्कोजीन की कई प्रतियाँ होती हैं जो ट्यूमर के विकास को सक्रिय करने के लिए आवश्यक होती हैं।
    • उपस्थिति: गुणसूत्रों में ऑन्कोजीन मौजूद नहीं होते हैं, क्योंकि ecDNA गुणसूत्र DNA के विपरीत, स्वतंत्र रूप से चलता है (यह कोशिका में विशिष्ट क्षेत्रों के भीतर तय होता है) और अन्य ecDNA के साथ अंतर्संबंध स्थापित करता है। 
    • कैंसर का विकास: वर्ष 2021 के एक अध्ययन में पाया गया है कि जब कोशिकाएँ ecDNA को mRNA में ट्रांसक्राइब करती हैं, तो इस प्रक्रिया के कारण विशिष्ट ऑन्कोजीन कोशिका में चार गुना अधिक सामान्य हो जाते हैं।
      • यह विसंगति ट्यूमर के विकास को तीव्र करने की क्षमता को बढ़ाती है तथा कैंसर को दवाओं का प्रतिरोध करने में मदद करती है।

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