క్యాన్సర్ కణాలలో జీవ గడియార అణువుల పాత్ర ఏమిటి?

భారతీయ కళారూపం, యక్షగాన మరియు సోమన కుణిత శైలిలో చిత్రీకరించబడిన క్యాన్సర్ కణాలలో L-I-C నెట్‌వర్క్ (క్రెడిట్ కీర్తి లథోరియా)

మన శరీర విధులు 24-గంటల పగటి-రాత్రి చక్రానికి అణుగుణంగా పనిచేస్తూ ఉంటాయి. దీన్ని సర్కేడియన్ రిథమ్ అని అంటారు. శరీర కణాల లో, ప్రత్యేక కణ భాగాలు మరియు జన్యువులు కలిసి ఒక జీవ గడియారంలా సమయ పాలన చేస్తూ సమయాన్ని ట్రాక్ చేస్తూ ఉంటాయి. ఇదంతా సంక్లిష్ట పరమాణు యంత్రాంగంలో సమకాలికంగా జరుగుతూ ఉంటుంది.

సమయపాలన అణువులు ఈ సమయ లయ యొక్క సున్నితమైన సమతుల్యతను కాపాడటానికి జీవక్రియ, కణ విభజన మరియు విస్తరణ, రోగనిరోధక ప్రతిస్పందన మరియు జన్యు వ్యక్తీకరణ (ప్రోటీన్లను ఉత్పత్తి చేయడానికి జన్యు సమాచారాన్ని డీకోడింగ్ చేయడం) వంటి అనేక కీలకమైన శారీరక ప్రక్రియలను నియంత్రిస్తాయి. సర్కేడియన్ రిథమ్ తీవ్రంగా దెబ్బతిన్నప్పుడు, కొన్ని కణాలు ఈ జీవ గడియార నియంత్రణ నుండి తప్పించుకొని  క్యాన్సర్‌ కణాలుగా మారుతాయని సైన్స్  సూచిస్తోంది.

ప్రస్తుత సైన్స్ సాహిత్యం, క్యాన్సర్ కణాలకు అస్థిరమైన సర్కేడియన్ రిథమ్ మరియు అసాధారణ జీవక్రియ ఉందని చెప్తోంది. అంతేకాకుండా, కాన్సర్ కణాలు రోగనిరోధక వ్యవస్థ నుండి ‘సైటోకిన్స్’ దాడిని ఎదురుకోగల్గుతున్నాయి అని సూచిస్తున్నాయి. కానీ, ఈ ప్రక్రియలు క్యాన్సర్ కణాల పెరుగుదలను ఎలా ప్రోత్సహిస్తాయో అస్పష్టంగా ఉంది.

ఇప్పుడు, నేషనల్ బ్రెయిన్ రీసెర్చ్ సెంటర్, మానేసర్ పరిశోధకుల బృందం క్యాన్సర్ కణ జీవక్రియ, ప్రో-ఇన్ఫ్లమేటరీ సైటోకిన్స్ (తాపం కలిగించే రోగనిరోధక అణువులు) మరియు జీవ గడియారం అణువుల మధ్య పరస్పర చర్యను డీకోడ్ చేసింది.ఈ బృందం వారి ఫలితాలను మాలిక్యులర్ అండ్ సెల్యులార్ బయాలజీ పత్రికలో ప్రచురించింది.

వారు చూపించింది ఏమంటే, క్యాన్సర్ కణాలు వాటి జీవక్రియ యొక్క ఉప-ఉత్పత్తి అయిన లాక్టేట్ మరియు IL-1β అను రోగ నిరోధక అణువుల మధ్యవర్తి కణాలను, రసాయనికంగా మార్చివేస్తాయి (కెమికల్లీ రీ-వయర్ చేస్తాయి) అని. ఇంకా, కాన్సర్ కణాలు  జీవ గడియార నియంత్రణ కణాలనుకూడా రసాయనికంగా మార్చివేసి,  లాక్టేట్ మరియు IL-1β యొక్క మరింత ఉత్పత్తిని ప్రేరేపించడానికి ఉపయోగించుకుంటాయి. ఈ మార్పిడి ప్రక్రియలవల్ల, ఆ మూడు కణాలు (లాక్టేట్, IL-1β, మరియు జీవ-గడియార కణాలు)  కాన్సర్ కణితి పెరుగుదలను ప్రోత్సహిస్తాయి అని చెబుతున్నారు. 

ఈ పరిశోధన ఫలితాలు క్యాన్సర్ క్రోనోథెరపీ (chronotherapy) కి ఉపయోగపడతాయి. ఈ థెరపీ ఒక కొత్త చికిత్స ప్రక్రియ. ఈ థెరపీ ద్వారా క్యాన్సర్ విరుద్ధ మందులు తగు సమయాల్లో ఇవ్వటంతో వాటి రసాయన సామర్థ్యం పెరిగే అవకాశముంది. 

ఈ బృందం కణ ప్రక్రియల పనితీరును గమనించడానికి  ప్రయోగశాలలో కల్చర్ చేయబడిన  మెదడు క్యాన్సర్ కణాలపై అనేక పరమాణు పరీక్షలను నిర్వహించింది.

క్యాన్సర్ కణాలు సర్కేడియన్  చెక్‌పాయింట్‌లను ఏమార్చి, వేగంగా పెరుగుతున్న క్యాన్సర్ కణాలకు ఆహారం ఇవ్వడానికి తమ జీవక్రియను మార్చుకుంటాయి. “క్యాన్సర్ కణాల జీవక్రియ మార్పు యొక్క సాధారణ లక్షణం గ్లూకోజ్ వ్యసనం -- అంటే, మామూలు కణాల తో పోల్చితే  క్యాన్సర్ కణాలు గ్లూకోజ్ ను అధికంగా తీసుకుంటాయి,” అని డాక్టర్ ఎల్లోరా సేన్ చెప్పారు. ఆమె ఈ పరిశోధనకు ముఖ్యాధ్యక్షురాలు. 

ఆరోగ్యకరమైన కణాల మాదిరిగా కాకుండా, క్యాన్సర్ కణాలు ఆక్సిజన్ సమక్షంలో కూడా గ్లూకోజ్‌ను ఉత్పత్తి చేసుకుంటాయి. ఈ 'ఏరోబిక్ గ్లైకోలిసిస్' (aerobic glycolysis) పెద్ద మొత్తంలో లాక్టేట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఫలితంగా కణితి చుట్టూ అధిక ఆమ్ల వాతావరణం ఏర్పడుతుంది - ఇది క్యాన్సర్ కణాల ప్రథమ లక్షణం. అలాగే, ఈ అధిక ఆమ్ల వాతావరణం కణితి పెరుగుదలకు సహాయపడే కొన్ని జన్యువులను ప్రేరేపిస్తుంది.

వ్యాధి లేదా గాయం అయినప్పుడు, రోగనిరోధక వ్యవస్థ ప్రతిస్పందనగా గాయపడిన ప్రదేశంలో తేలికపాటి మంటను ప్రేరేపించడానికి నిరోధక సైటోకిన్‌లను పంపిస్తుంది. మంట వ్యాధి కణాలను నాశనం చేస్తుంది మరియు గాయాన్ని త్వరగా మాన్పి వేస్తుంది.  IL-1β అనేది క్యాన్సర్ పెరుగుదలకు ప్రతిస్పందనగా విడుదలయ్యే సైటోకిన్. "మా పరిశోధనలు అధిక లాక్టేట్ స్థాయిలు IL-1β యొక్క వ్యక్తీకరణను ప్రేరేపిస్తాయని సూచిస్తున్నాయి" అని డాక్టర్ సేన్ చెప్పారు.

“మా మునుపటి అధ్యయనంలో, హెక్సోకినేస్ (HK2) అనే మరొక ప్రోటీన్ యొక్క వ్యక్తీకరణను పెంపొందేందుకు క్యాన్సర్ కణాలు IL-1β ను ఉపయోగించుకుంటాయి అని  కనుగొన్నాము. ఈ హెక్సోకినేస్ (HK2) గ్లూకోజ్ వ్యసనాన్ని మరింత పెంచుతుంది,”  అని అధ్యయనం యొక్క మొదటి రచయిత పృథ్వీ గౌడ తెలియజేసారు. వేగంగా పెరుగుతున్న క్యాన్సర్ కణాలు IL-1β యొక్క ఉత్పత్తిని ప్రేరేపిస్తాయి. 

అధిక లాక్టేట్ మరియు IL-1β రెండు కీలకమైన సర్కేడియన్ అణువులు క్లాక్ మరియు బీమాల్1 (Clock and Bmal1) - లను పెంచుతాయని బృందం కనుగొంది. Bmal1 కణ విభజనను నియంత్రిస్తుంది మరియు రసాయనికంగా గడియార అణువుకు ట్రాన్స్క్రిప్షనల్ డైమర్ (transcriptional dimer) ద్వారా కట్టుబడి ఉంటుంది. ఆరోగ్యకరమైన కణాలలో, క్లాక్ మరియు Bmal1 కణాలు ఒకరికొకరు దోహదిస్తూ పెరుగుదలను నియంత్రించడానికి పరిపూరకరమైన రీతిలో పనిచేస్తాయి. కానీ, క్యాన్సర్ కణాల్లొ లాక్టేట్ మరియు IL-1β బీమాల్1 ని రసాయనికంగా మార్చివేసి,  క్లాక్ మరియు బీమాల్1  బైండింగ్ స్థిరత్వాన్ని  మరింత పెంచి వేసి కణవిభజనను వృద్ధి చేస్తాయి అని ఈ  బృందం కనుగొన్నారు.

“మా ప్రయోగాలు, క్లాక్ మరియు బీమాల్1 అణువులు IL-1β మరియు లాక్టేట్ ను ఉత్పత్తి చేసే LDH-A ఎంజైమ్‌ను ప్రేరేపిస్తాయి అని సూచిస్తున్నాయి,” అని డాక్టర్ సేన్ చెప్పారు. తదుపరి, ఈ మూడు కణాలు ఒకరికొకరు  దోహదిస్తూ, ఫీడ్ ఫార్వర్డ్ లూప్ లో క్యాన్సర్ కణాల పెరుగుదలకు తోడ్పడుతాయి అని ఆమె తెలియజేశారు. 

వారి ఫలితాలను స్థాపించడానికి, బృందం క్యాన్సర్ కణాలలో క్లాక్- Bmal1 అణువులను పడగొట్టింది. గడియార ప్రోటీన్లను తగ్గించడం వలన లాక్టేట్ మరియు IL-1β స్థాయిలు తగ్గటాన్ని వారు గమనించారు. తదనంతరం వారు గర్భాశయ మరియు కడుపు క్యాన్సర్ కణాల లో కూడా ఈ ఫలితాన్ని గమనించారు. ఇంకా వారు, క్యాన్సర్ రోగుల  క్లినికల్ శాంపిల్స్ డేటాపై కంప్యూటర్ అనుకరణలను నిర్వహించారు. వారి నమూనాలలో తక్కువ క్లాక్- Bmal1, LDHA మరియు IL-1β స్థాయిలు ఉన్న రోగులు ఎక్కువ కాలం జీవించారని వారు గమనించారు.

ఈ బృందం ఇప్పుడు IIT బాంబే సహకారంతో లాక్టేట్-IL-1β-క్లాక్ ఫీడ్-ఫార్వర్డ్ రెగ్యులేటరీ స్ట్రక్చర్ (L-I-C feed forward regulatory structure) కోసం గణిత నమూనాలు అభివృద్ధి చేయడానికి ఎదురుచూస్తోంది. రోగి LIC మాలిక్యులర్ ప్రొఫైల్‌కు అమర్చినప్పుడు, ఈ మోడల్ క్యాన్సర్ క్రోనోథెరపీ కోసం విలువైన ఇన్‌పుట్‌లను అందిస్తుంది అని వారు అభిప్రాయపడుతున్నారు.

సంపాదకుని గమనిక: ఈ కథనం లో చిన్న లోపాలు సవరించబడినాయి