फ़ाइलोजेनेटिक मानचित्रण से Erdheim-Chester रोग की उत्पत्ति का अनुमान लगाना

मैथ्यू कोलिन (न्यूकैसल विश्वविद्यालय, न्यूकैसल अपॉन टाइन, यूके)

पुरस्कार वर्ष: 2023
राशि: ल्यूकेमिया और लिम्फोमा सोसाइटी के साथ साझेदारी में 200,000 अमेरिकी डॉलर

Erdheim Chester रोग ( ECD ) रक्त कोशिकाओं के डीएनए में उत्परिवर्तन के कारण होता है। रक्त कोशिकाएं अस्थि मज्जा में स्टेम कोशिकाओं से बनती हैं जो कई वर्षों तक जीवित रह सकती हैं और नई स्टेम कोशिकाओं की कई पीढ़ियों का उत्पादन करती हैं। ECD के बारे में मरीज़ों द्वारा पूछे जाने वाले अक्सर पूछे जाने वाले सवालों में शामिल हैं: यह कहाँ से आया? मुझे यह कब से है? क्या कुछ पहले नहीं किया जा सकता था? मेरी बीमारी किसी विशेष स्थान को क्यों प्रभावित करती है? हमारा शोध इन महत्वपूर्ण सवालों पर नई रोशनी डालना चाहता है। हम जिस तकनीक का उपयोग करेंगे उसे ‘फाइलोजेनेटिक मैपिंग’ कहा जाता है। यह दृष्टिकोण हमें समय में पीछे जाने और ECD का कारण बनने वाले उत्परिवर्तन की उत्पत्ति को ‘तारीख-मुहर’ लगाने की अनुमति देता है, जो कि मरीज़ के पिछले जीवन के कुछ वर्षों के भीतर है। जिस तरह से यह काम करता है वह प्रयोगशाला में एकल स्टेम कोशिकाओं के कई क्लोन विकसित करना और प्रत्येक क्लोन के पूरे जीनोम को अनुक्रमित करना है। प्रत्येक क्लोन अपने डीएनए में कुछ उत्परिवर्तनों द्वारा अगले से भिन्न होता है। इनमें से कुछ उत्परिवर्तन स्टेम सेल के पूर्वजों में बहुत समय पहले उत्पन्न हुए थे जब मरीज़ छोटा था। करीब सौ क्लोनों को अनुक्रमित करके किसी व्यक्ति में स्टेम कोशिकाओं के जीवन इतिहास का पुनर्निर्माण करना संभव है और इस तरह वर्षों के दौरान प्रकट होने वाले उत्परिवर्तनों की एक समयरेखा तैयार की जा सकती है। इन उत्परिवर्तनों में वह उत्परिवर्तन होगा जो रोगी में ECD का कारण बना। अगर हमें सभी उत्परिवर्तनों की समयरेखा पता हो तो हम ECD उत्परिवर्तन को ‘डेटस्टैम्प’ कर सकते हैं। हम तब अनुमान लगा सकते हैं कि ECD उत्परिवर्तन शरीर में कितने समय तक निष्क्रिय रहा, यह कितनी जल्दी बढ़कर उस आकार तक पहुंच गया जो रोग पैदा कर सकता था, और क्या इसके मार्ग में किसी अन्य उत्परिवर्तन ने सहायता की थी। ये मौलिक मुद्दे हैं। मायलोप्रोलिफेरेटिव नियोप्लाज्म नामक अन्य संबंधित बीमारियों में, उत्परिवर्तन बचपन में उत्पन्न होते हैं और दशकों में रोगी के जीवन में अन्य घटनाओं के आधार पर विभिन्न प्रकार की बीमारियों में विकसित होते हैं। जब हम इस विश्लेषण को ECD पर लागू करते हैं, तो हमें इसकी उत्पत्ति के बारे में सवालों के जवाब देने में सक्षम होना ECD और, क्यों कुछ रोगियों में बीमारी का जोखिम अधिक होता है जो अधिक तेज़ी से बढ़ता है। अंत में, ECD के ‘व्यक्तिगत जीवन इतिहास’ को उजागर करने से हमें भविष्य में बेहतर परिणामों के लिए व्यक्तिगत चिकित्सा में मदद मिल सकती है।

मध्यकाल विवरण

शोध का सारांश

एर्डहाइम चेस्टर रोग (ईसीडी) रक्त कोशिकाओं के डीएनए में उत्परिवर्तन के कारण होता है। रक्त कोशिकाएँ अस्थि मज्जा में स्टेम कोशिकाओं से बनती हैं जो कई वर्षों तक जीवित रह सकती हैं और कई पीढ़ियों तक नई स्टेम कोशिकाओं का उत्पादन करती हैं। ईसीडी के बारे में मरीज़ अक्सर ये सवाल पूछते हैं: यह कहाँ से आया? मुझे यह कब से है? क्या कुछ पहले नहीं किया जा सकता था? मेरी बीमारी किसी खास जगह को क्यों प्रभावित करती है? हमारा शोध इन महत्वपूर्ण सवालों पर नई रोशनी डालना चाहता है। हम जिस तकनीक का इस्तेमाल करेंगे उसे ‘फ़ाइलोजेनेटिक मैपिंग’ कहते हैं। इस दृष्टिकोण से हम समय में पीछे जाकर ईसीडी का कारण बनने वाले उत्परिवर्तनों की उत्पत्ति को मरीज़ के पिछले जीवन के कुछ वर्षों के भीतर ‘तिथि-मुहर’ लगा सकते हैं। यह प्रयोगशाला में एकल स्टेम कोशिकाओं के कई क्लोन विकसित करके और प्रत्येक क्लोन के पूरे जीनोम को अनुक्रमित करके काम करता है। प्रत्येक क्लोन अपने डीएनए में कुछ उत्परिवर्तनों के कारण अगले क्लोन से भिन्न होता है। इनमें से कुछ उत्परिवर्तन स्टेम कोशिका के पूर्वजों में बहुत पहले उत्पन्न हुए थे, जब मरीज़ छोटा था। लगभग सौ क्लोनों का अनुक्रमण करके, किसी व्यक्ति के भीतर स्टेम कोशिकाओं के जीवन इतिहास का पुनर्निर्माण करना संभव है और इस प्रकार वर्षों में होने वाले उत्परिवर्तनों की एक समयरेखा तैयार की जा सकती है। यह एक वंशावली वृक्ष बनाने जैसा है कि सभी कोशिकाएँ एक-दूसरे से कैसे संबंधित हैं और इसे ‘फ़ाइलोजेनी’ कहते हैं। इन उत्परिवर्तनों में वह उत्परिवर्तन भी शामिल होगा जिसने रोगी में ईसीडी उत्पन्न किया। यदि हमें सभी उत्परिवर्तनों की समयरेखा पता हो, तो हम ईसीडी उत्परिवर्तन पर ‘तिथि-मुहर’ लगा सकते हैं। फिर हम अनुमान लगा सकते हैं कि ईसीडी उत्परिवर्तन शरीर में कितने समय तक निष्क्रिय रहा, कितनी जल्दी यह उस आकार तक बढ़ गया जिससे बीमारी हो सकती है और क्या इसे आगे चलकर किसी अन्य उत्परिवर्तन से सहायता मिली। ये मूलभूत मुद्दे हैं। मायलोप्रोलिफेरेटिव नियोप्लाज्म नामक अन्य संबंधित रोगों में, उत्परिवर्तन बचपन में उत्पन्न होते हैं और दशकों में रोगी के जीवन में अन्य घटनाओं के आधार पर विभिन्न प्रकार के रोगों में विकसित होते हैं। जब हम इस विश्लेषण को ईसीडी पर लागू करते हैं, तो हमें इसकी उत्पत्ति के बारे में प्रश्नों के उत्तर देने में सक्षम होना चाहिए। संभावित लाभों में ये भी शामिल हैं: ईसीडी का प्रारंभिक चरण में ही पता लगाने की संभावना, इससे पहले कि यह रोग का कारण बने; यह निर्धारित करना कि विभिन्न रोगियों में प्रभावित अंगों का एक अलग स्पेक्ट्रम क्यों होता है; और, कुछ रोगियों में रोग का जोखिम अधिक क्यों होता है जो अधिक तेज़ी से बढ़ता है। अंत में, ईसीडी के ‘व्यक्तिगत जीवन इतिहास’ को उजागर करने से हमें भविष्य में बेहतर परिणामों के लिए व्यक्तिगत चिकित्सा में मदद मिल सकती है।

प्रगति

हमने 5 रोगियों से क्लोन का सफलतापूर्वक विस्तार किया है, जिनमें से 3 ECD , 1 ECD /एलसीएच क्रॉस-ओवर और 1 एलसीएच के साथ हैं। इनमें से 2 मामलों में, हमने BRAFV600E उत्परिवर्तित क्लोन कैप्चर किए लेकिन अप्रत्याशित रूप से, 3 रोगियों में BRAFV600E उत्परिवर्तित क्लोन नहीं थे, भले ही उनके रक्त में उत्परिवर्तन का पता लगाया जा सकता था। हम आगे यह पता लगा रहे हैं कि इन रोगियों में उत्परिवर्तन कहाँ है ताकि यह पुष्टि हो सके कि यह स्टेम सेल आबादी में है।

जिन रोगियों में हमने BRAFV600E उत्परिवर्तित क्लोन वाले विस्तारित क्लोन प्राप्त किए, हमने लगभग 300 संपूर्ण जीनोम अनुक्रमित किए हैं और परिवार के पेड़ों (फाइलोजेनी) का पुनर्निर्माण किया है। हमने दोनों रोगियों में देखा कि KRAS, NRAS और BRAF जीन में कम से कम तीन उत्परिवर्तन लगभग एक साथ उत्पन्न हुए थे। आश्चर्यजनक रूप से, ये स्वतंत्र घटनाएँ प्रतीत हुईं क्योंकि प्रत्येक उत्परिवर्तन फाइलोजेनी की एक अलग शाखा पर पाया गया था (चित्र देखें)। हमने इसकी उम्मीद नहीं की थी, क्योंकि अधिकांश कैंसर विकसित होते हैं, जिसमें एक उत्परिवर्तन दूसरे उत्परिवर्तन की ओर ले जाता है और इसी तरह सभी उत्परिवर्तन एक ही शाखा में योगदान करते हैं। हमने ECD में जो देखा है वह एक समानांतर प्रक्रिया है जिसमें कई शाखाएँ एक साथ विकसित होती हैं। अगला चरण यह पता लगाना है कि क्या ये समानांतर शाखाएँ ऊतकों में ECD के घावों के रूप में एक साथ मौजूद हैं। यदि इसकी पुष्टि हो जाती है तो यह सुझाव देगा कि वे किसी तरह सह-
एक साथ काम करते हैं। यह पैटर्न किसी अन्य कैंसर में देखे जाने वाले पैटर्न से अलग है और यह एक बहुत ही दुर्लभ घटना हो सकती है। संभवतः, यह समझा सकता है कि ECD इतना असामान्य क्यों है।

हमने शोध प्रश्नों का उत्तर कहाँ तक दिया है?

जिन प्रश्नों के उत्तर देने का हमने प्रयास किया है, वे नीचे इटैलिक अक्षरों में हमारी अब तक की प्रगति के साथ सूचीबद्ध हैं

1. ECD प्रेरित करने वाले उत्परिवर्तन जीवन में किस आयु में घटित होते हैं?
   क्लोन कितनी तेजी से फैलकर रोग उत्पन्न करते हैं?
   उत्परिवर्तन और रोग की शुरुआत के बीच विलंबता क्या है?
   दोनों रोगियों में जिनकी उम्र 50 वर्ष से अधिक थी, ऐसा प्रतीत होता है कि उत्परिवर्तन कम से कम दो से तीन दशक पहले उत्पन्न हुए थे। ये विशेषताएं मायलोप्रोलिफेरेटिव नियोप्लाज्म के समान हैं। सैद्धांतिक रूप से, इससे जीवन में पहले ही ECD के जोखिम को ट्रैक करना और पहचानना संभव होना चाहिए।
2. BRAFV600E, TET2 उत्परिवर्तित क्लोनल हेमाटोपोइजिस के साथ किस प्रकार अंतःक्रिया करता है?
   उत्परिवर्तन का क्रम क्या है?
   क्या TET2 उत्परिवर्तन कोशिका-स्वायत्त प्रभाव के माध्यम से ECD बढ़ावा देता है?
   क्या TET2 उत्परिवर्तन ECD क्लोनों की फिटनेस/विकास दर को बढ़ाता है?
   इन दो रोगियों में TET2 का अभी भी विश्लेषण किया जा रहा है। अन्य जीन, KRAS और NRAS को ECD से जुड़े होने के लिए जाना जाता है। आश्चर्यजनक रूप से हमने पाया कि प्रत्येक जीन फीलोजेनी में BRAF से स्वतंत्र रूप से काम कर रहा था – जो कि हमारी अपेक्षा के विपरीत था। हमें पता है कि यह पुष्टि करने की आवश्यकता है कि क्या यह घाव के ऊतकों में सच है।
3. क्या क्लोनल हेमाटोपोइजिस के ज्ञात उत्परिवर्तनों की कमी वाले रोगियों में नवीन चालक उत्परिवर्तन पाए जाते हैं?
   हमें अभी तक कोई नया ड्राइवर म्यूटेशन नहीं मिला है, लेकिन हम अभी भी डेटा का विश्लेषण कर रहे हैं। हमें ड्राइवर म्यूटेशन का एक बहुत ही असामान्य पैटर्न मिला है, जैसा कि ऊपर वर्णित है।

दूसरे वर्ष की योजना

हमारा लक्ष्य अगले 12 महीनों में निम्नलिखित प्रश्नों को हल करना है

1. हमें यह जांचने की आवश्यकता है कि जिन रोगियों के विस्तारित क्लोन में उत्परिवर्तित BRAF शामिल नहीं था, उनमें कौन सी कोशिकाओं में BRAF उत्परिवर्तन पाया गया है। या तो उत्परिवर्तन उस स्थान पर नहीं है जहाँ हम उम्मीद करते हैं, या उत्परिवर्तित BRAF युक्त कोशिकाओं के इन विट्रो विस्तार में कोई समस्या हो सकती है (बिंदु 2)।
2. हम अनुक्रमण के लिए डीएनए उत्पन्न करने का एक नया तरीका भी खोज रहे हैं जिसमें क्लोन विकसित करना शामिल नहीं है। हमें उम्मीद है कि इससे हमें BRAF-उत्परिवर्तित कोशिकाओं में उत्परिवर्तन को मैप करने में मदद मिलेगी जो इन विट्रो में क्लोन में विस्तारित नहीं होती हैं।
3. हमें यह पुष्टि करने की आवश्यकता है कि अब तक हमने जो असामान्य समानांतर पैटर्न फ़ाइलोजेनी में देखा है, वह रोगियों के घावों में भी मौजूद है।

यह स्पष्टीकरण कि हिस्टियोसाइटोसिस में यह पैटर्न अन्य कैंसरों में कभी नहीं देखा गया।