आनुवंशिक विकार अक्सर डीएनए अनुक्रम में छोटी त्रुटियों से उत्पन्न होते हैं जिनके बड़े परिणाम होते हैं। सिस्टिक फाइब्रोसिस और बैटन रोग जैसी कई बीमारियों का पता कोशिका की पूर्ण, कार्यात्मक प्रोटीन बनाने की क्षमता को बाधित करने वाले परिवर्तनों से लगाया जा सकता है। एक विशेष रूप से आम अपराधी बकवास उत्परिवर्तन है, जहां एक भी गलत डीएनए अक्षर समय से पहले रुकने का संकेत देता है। जब कोशिका इसका सामना करती है, तो प्रोटीन का उत्पादन बहुत जल्दी समाप्त हो जाता है, जिससे शरीर महत्वपूर्ण एंजाइमों, ट्रांसपोर्टरों या संरचनात्मक घटकों के बिना रह जाता है।
सभी ज्ञात रोग-कारक आनुवंशिक परिवर्तनों में से लगभग एक चौथाई के लिए निरर्थक उत्परिवर्तन जिम्मेदार हैं। प्रत्येक व्यक्ति एक अलग प्रोटीन को एक अलग बिंदु पर रोकता है, जिससे विकारों की एक विस्तृत श्रृंखला पैदा होती है, जिसके लिए वर्तमान में अलग-अलग उपचार की आवश्यकता होती है। प्रत्येक थेरेपी को स्वयं ही डिज़ाइन, परीक्षण और अनुमोदित करने की आवश्यकता होती है। यह एक धीमी और महंगी प्रक्रिया है.
ए अध्ययन में प्रकृति हाल ही में इस चुनौती से निपटने का एक तरीका सामने आया है। प्रत्येक उत्परिवर्तन के लिए एक चिकित्सा तैयार करने के बजाय, ब्रॉड इंस्टीट्यूट, हार्वर्ड विश्वविद्यालय और मिनेसोटा विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एकल जीनोम-संपादन रणनीति का उपयोग करके कई बकवास उत्परिवर्तन रोगों को संबोधित करने के लिए एक विधि विकसित की है। उनका दृष्टिकोण, जिसे प्राइम-एडिटिंग-मध्यस्थता रीडथ्रू ऑफ प्रीमैच्योर टर्मिनेशन कोडन (पीईआरटी) कहा जाता है, समयपूर्व स्टॉप सिग्नल को ओवरराइड करने के लिए सेल के स्वयं के जीन में से एक को पुन: प्रोग्राम करता है, जिससे सेल को दोषपूर्ण निर्देश को अनदेखा करने और प्रोटीन को पूरा करने की अनुमति मिलती है।
सीएसआईआर-इंस्टीट्यूट ऑफ जीनोमिक्स एंड इंटीग्रेटिव बायोलॉजी, नई दिल्ली के वरिष्ठ प्रधान वैज्ञानिक देबज्योति चक्रवर्ती, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे, ने कहा, “यह अध्ययन जीन-अज्ञेय चिकित्सा के लिए एक दिलचस्प अवधारणा का प्रमाण प्रदान करता है, जो सैद्धांतिक रूप से बकवास उत्परिवर्तन के कारण होने वाली कई दुर्लभ बीमारियों में लाभ पहुंचा सकता है।”
जीन का पुनरुत्पादन
कोशिकाएं डीएनए को एमआरएनए में स्थानांतरित करके प्रोटीन बनाती हैं, जो एक समय में तीन न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम में लिखा जाता है; तीन के प्रत्येक सेट को कोडन कहा जाता है। फिर टीआरएनए एक अनुवादक की तरह कार्य करता है: प्रत्येक एक विशिष्ट कोडन को पहचानता है और मिलान करने वाले अमीनो एसिड को स्थानांतरित करता है, जैसे कि उसके नकारात्मक से एक तस्वीर बनाना। अंत में, राइबोसोम नामक एक सेलुलर मशीन प्रोटीन बनाने के लिए इन अमीनो एसिड को एक-एक करके एक साथ जोड़ती है।
टीआरएनए जीन की संख्या सैकड़ों में है। उनमें से कई अनावश्यक हैं क्योंकि वे अतिव्यापी कार्य करते हैं, इसलिए उनमें से किसी एक का नुकसान या परिवर्तन अक्सर हानिरहित होता है।
शोधकर्ताओं ने इस अतिरेक का उपयोग यह परीक्षण करने के लिए किया कि क्या एक गैर-आवश्यक टीआरएनए जीन को एक दमनकारी टीआरएनए में संपादित किया जा सकता है – एक अणु जो समय से पहले रुकने के संकेतों को पढ़ता है और इसके बजाय वहां एक अमीनो एसिड डालता है। प्रयोगशालाएं दशकों से प्राकृतिक दमनकारी टीआरएनए का उपयोग कर रही हैं लेकिन उनकी सुरक्षा और स्थायित्व के बारे में चिंताओं के कारण वे अब तक उपचार के लिए अनुपयुक्त रहे हैं।
प्राइम एडिटिंग नामक एक सटीक जीनोम-संपादन दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, टीम ने दिखाया कि एक मानव टीआरएनए जीन को एक दमनकारी टीआरएनए के रूप में स्थायी रूप से संचालित करने के लिए फिर से लिखा जा सकता है, जबकि सुरक्षित, प्राकृतिक स्तर पर टीआरएनए का उत्पादन भी किया जा सकता है। इसने संपादित कोशिका को समयपूर्व स्टॉप कोडन को ओवरराइड करने और वैश्विक प्रोटीन उत्पादन को बाधित किए बिना पूर्ण लंबाई वाले प्रोटीन बनाने की अनुमति दी।
प्रभावी उम्मीदवार ढूँढना
मानव कोशिकाओं में 418 tRNA जीन होते हैं। प्राइम एडिटिंग की मदद से, शोधकर्ताओं ने पाया कि चार टीआरएनए – जिन्हें ल्यूसीन, आर्जिनिन, टायरोसिन और सेरीन कहा जाता है – ने प्रीमेच्योर स्टॉप कोडन नामक को दबाने का वादा किया है। टैग. हालाँकि, इन टीआरएनए के प्राकृतिक संस्करण चिकित्सीय उपयोग के लिए पर्याप्त नहीं थे।
अपनी प्रभावशीलता बढ़ाने के लिए, शोधकर्ताओं ने अपने डीएनए अनुक्रमों को समायोजित करके और टीआरएनए संरचना में छोटे बदलाव करके चार टीआरएनए के हजारों वेरिएंट तैयार किए। इन सुधारों ने टीआरएनए को समयपूर्व स्टॉप सिग्नल को डिकोड करने में अधिक स्थिर और बेहतर बना दिया। इस बहु-चरणीय इंजीनियरिंग प्रयास ने कई अनुकूलित दमनकारी टीआरएनए का उत्पादन किया।
अगली चुनौती उन्हें जीनोम में कुशलतापूर्वक स्थापित करने की थी। हालाँकि, टीआरएनए जीन को संपादित करना मुश्किल है क्योंकि डीएनए का वह हिस्सा अक्सर कॉम्पैक्ट और कसकर मुड़ा हुआ होता है, जिससे जीनोम-संपादन एंजाइमों के लिए उस तक पहुंचना कठिन हो जाता है।
इस पर काबू पाने के लिए, शोधकर्ताओं ने प्राइम एडिटिंग की बारीकियों की ओर रुख किया। यह तकनीक एक विशेष अणु का उपयोग करती है जिसे प्राइम-एडिटिंग गाइड आरएनए या पीईजीआरएनए कहा जाता है, जो संपादन मशीनरी को डीएनए पर सही स्थान पर ले जाता है और नए आनुवंशिक कोड को लिखने के लिए आवश्यक टेम्पलेट को पकड़ता है।
क्योंकि इस प्रक्रिया की सफलता काफी हद तक pegRNA के सटीक डिज़ाइन पर निर्भर करती है, टीम ने 17,000 से अधिक अलग-अलग लोगों की एक लाइब्रेरी बनाई और उन लोगों की पहचान करने के लिए विभिन्न कॉन्फ़िगरेशन का परीक्षण किया जो सफलतापूर्वक कसकर मुड़े हुए डीएनए तक पहुंच सकते हैं और मूल tRNA जीन को उसके अनुकूलित दमनकारी रूप में फिर से लिख सकते हैं।
इस स्क्रीन के परिणामों के आधार पर, टीम ने एक प्राइम-एडिटिंग एंजाइम की पहचान की जिसे उन्होंने PE6c नाम दिया। यह लक्षित डीएनए अनुक्रम को फिर से लिखने में विशेष रूप से प्रभावी साबित हुआ, और पीई3 नामक रणनीति के साथ जोड़े जाने पर यह अधिक कुशल हो गया – जो संपादित अनुक्रम को अपनाने के लिए सेल की मरम्मत मशीनरी को चलाने के लिए एक अतिरिक्त गाइड आरएनए का उपयोग करता है।
सुसंस्कृत मानव कोशिकाओं में, इस संयोजन में 60-80% संपादन दक्षता थी, जो बहु-आधार जीनोमिक संपादन के लिए असामान्य रूप से अधिक है। सटीक जीन सम्मिलन के लिए मानक विधि की तुलना करना, जिसे होमोलॉजी-निर्देशित मरम्मत कहा जाता है, आमतौर पर समान संदर्भों में 10-20% या उससे कम कुशल है।
सुरक्षा परीक्षणों से पता चला कि प्रक्रिया ने गलती से डीएनए के असंबद्ध हिस्सों को नहीं बदला, कोशिका की समग्र गतिविधि या सामान्य प्रोटीन उत्पादन को परेशान नहीं किया, और यह दोषपूर्ण और सही निर्देशों के बीच अंतर करता है। विशेष रूप से, इसने बीमारी का कारण बनने वाले समय से पहले रुकने के संकेतों को नज़रअंदाज कर दिया, जबकि अभी भी प्राकृतिक स्टॉप संकेतों का सम्मान किया जो एक प्रोटीन के वास्तविक अंत को चिह्नित करते हैं।
शोधकर्ताओं ने इस पूरे पैकेज को PERT कहा है। इसकी चिकित्सीय क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए, उन्होंने बैटन रोग, टे-सैक्स रोग और नीमन-पिक सी1 रोग के सेल मॉडल में विधि का परीक्षण किया, जो सभी समय से पहले रुकने वाले कोडन के कारण होते हैं।
इंजीनियर्ड सप्रेसर टीआरएनए स्थापित करने के बाद, बैटन और टे-सैक्स मॉडल में एंजाइम गतिविधि उनके सामान्य स्तर के 17-70% तक बढ़ गई। नीमन-पिक सी1 मॉडल में, कोशिकाओं ने मापनीय मात्रा में पूर्ण-लंबाई वाले एनपीसी1 प्रोटीन का उत्पादन किया, जो अन्यथा बकवास उत्परिवर्तन होने पर अनुपस्थित होता है।
चूहों में परिणाम
एक जीवित जीव में पीईआरटी का मूल्यांकन करने के लिए, टीम ने नवजात चूहों में प्राइम-एडिटिंग घटकों को वितरित करने के लिए एएवी9 का उपयोग किया। AAV9 एक सामान्य जीन-थेरेपी वेक्टर है, एक हानिरहित वायरस जिसे कोशिकाओं में आनुवंशिक कार्गो को ले जाने के लिए सूक्ष्म वितरण वाहन के रूप में पुन: उपयोग किया जाता है। लक्ष्य इसका उपयोग प्राकृतिक माउस टीआरएनए जीन को दमनकारी टीआरएनए में परिवर्तित करने के लिए करना था विवो में और प्रोटीन उत्पादन को बहाल करने की इसकी क्षमता का आकलन करें।
हर्लर सिंड्रोम माउस मॉडल में, PERT ने मस्तिष्क, हृदय और यकृत में 1.7-7% सामान्य एंजाइम गतिविधि को बहाल किया। मामूली होते हुए भी, ये स्तर रोग की गंभीरता को सार्थक रूप से कम करने के लिए जाने जाते हैं। उपचारित चूहों में बेहतर सेलुलर रोगविज्ञान और विषाक्तता का कोई लक्षण नहीं दिखा।
डॉ. चक्रवर्ती ने कहा, “लेखक मजबूत प्रयोगशाला साक्ष्य प्रस्तुत करते हैं जो दिखाते हैं कि उनका इंजीनियर टीआरएनए दृष्टिकोण कई मॉडलों में प्रोटीन फ़ंक्शन को बहाल कर सकता है, जो एक महत्वपूर्ण प्रगति है।”
लेकिन उन्होंने व्यावहारिक सीमाओं पर भी जोर दिया: “इस रणनीति के वास्तविक रूप से रोगियों की ओर बढ़ने से पहले, प्रमुख चुनौतियाँ बनी हुई हैं, विशेष रूप से डिलीवरी, दीर्घकालिक सुरक्षा और विभिन्न ऊतकों में प्रदर्शन के आसपास।”
फिर भी इन शुरुआती सफलताओं ने कुछ गति प्रदान की है। पहला आधार संपादन का नैदानिक उपयोग इस वर्ष की शुरुआत में रिपोर्ट किए गए एक व्यक्ति में एक शामिल था टैग कोडन बंद करो. मामले से पता चला कि वायरल वैक्टर जैसी स्थापित डिलीवरी विधियां जीन-संपादन उपकरण को आवश्यक ऊतकों तक ले जा सकती हैं। इसका मतलब है कि पीईआरटी के पास क्लिनिक तक पहुंचने का एक व्यवहार्य रास्ता है।
मंजीरा गौरवरम ने आरएनए जैव रसायन में पीएचडी की है और एक स्वतंत्र विज्ञान लेखक के रूप में काम करती हैं।