Oncometabolism
ऑन्कोमेटाबोलिज्म अध्ययन का वह क्षेत्र है जो ट्यूमर माइक्रोएन्वायरमेंट (टी. एम. ई.) बनाने वाली कोशिकाओं में होने वाले चयापचय परिवर्तनों पर ध्यान केंद्रित करता है और एक नियोप्लास्टिक स्थिति की ओर ऑन्कोजेनेसिस और ट्यूमर की प्रगति के साथ होता है। वृद्धि और उत्तरजीविता वाली कोशिकाएं चयापचय के मामले में गैर-ट्यूमरजेनिक कोशिकाओं से भिन्न होती हैं। वारबर्ग प्रभाव, जो वर्णन करता है कि कैसे कैंसर कोशिकाएं अपने चयापचय को अधिक ऑन्कोजेनिक बनने के लिए बदलती हैं ताकि मेटास्टेसिस के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया में अन्य ऊतकों का प्रसार और अंततः आक्रमण किया जा सके। ऑन्कोमेटाबोलिज्म से जुड़ी रासायनिक प्रतिक्रियाएं ऑन्कोजीन्स के परिवर्तन से शुरू होती हैं, जो ऐसे जीन हैं जिनमें कैंसर पैदा करने की क्षमता होती है। ये जीन शारीरिक स्थितियों के दौरान कार्यात्मक और सक्रिय हो सकते हैं, जो सामान्य मात्रा में चयापचय का उत्पादन करते हैं। डी. एन. ए. क्षति के परिणामस्वरूप उनके नियमन के परिणामस्वरूप इन चयापचयों की अधिकता हो सकती है, और इससे ट्यूमरजेनेसिस हो सकता है। इन चयापचयों को ऑन्कोमेटाबोलाइट्स के रूप में जाना जाता है, और ये बायोमार्कर के रूप में कार्य कर सकते हैं। 1920 के दशक में, ओटो हेनरिक वारबर्ग ने अधिकांश ट्यूमर कोशिकाओं द्वारा साझा किए गए एक दिलचस्प बायोएनर्जेटिक फेनोटाइप की खोज कीः ऊर्जा उत्पादन के लिए लैक्टिक एसिड किण्वन पर सामान्य से अधिक निर्भरता। उन्हें "ऑन्कोमेटाबोलिज्म के पिता" के रूप में जाना जाता है। हालाँकि इस शोध क्षेत्र की जड़ें 1920 के दशक में पाई जाती हैं, लेकिन इसे हाल ही में पहचाना गया था। पिछले एक दशक में, कैंसर की प्रगति पर शोध ने कैंसर और प्रतिरक्षा कोशिकाओं दोनों के लिए चयापचय मार्गों को बदलने की भूमिका पर ध्यान केंद्रित किया है, जिससे टी. एम. ई. में कोशिकाओं में होने वाले चयापचय परिवर्तनों की विशेषता में रुचि बढ़ी है। वारबर्ग प्रभाव हाइपोक्सिक स्थितियों की अनुपस्थिति में (अर्थात। ऑक्सीजन के शारीरिक स्तर), कैंसर कोशिकाएं अधिमानतः ग्लूकोज को लैक्टेट में परिवर्तित करती हैं, ओटो एच. वारबर्ग के अनुसार, जो मानते थे कि एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस कैंसर कोशिका घातकता में प्रमुख चयापचय परिवर्तन था। "वारबर्ग प्रभाव" को बाद में इस चयापचय परिवर्तन का वर्णन करने के लिए गढ़ा गया था। वारबर्ग ने सोचा कि चयापचय में यह परिवर्तन माइटोकॉन्ड्रियल "श्वसन चोट" के कारण हुआ था, लेकिन इस व्याख्या पर 1956 में अन्य शोधकर्ताओं द्वारा सवाल उठाया गया था, जिसमें दिखाया गया था कि अधिकांश ट्यूमर कोशिकाओं में पाए गए अक्षुण्ण और कार्यात्मक साइटोक्रोम स्पष्ट रूप से एक सामान्य माइटोकॉन्ड्रियल शिथिलता के खिलाफ बोलते हैं। इसके अलावा, पॉटर एट अल। और कई अन्य लेखकों ने महत्वपूर्ण साक्ष्य प्रदान किए कि ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन और एक सामान्य क्रेब्स चक्र विशाल बहुमत घातक ट्यूमर में बना रहता है, जो इस बात के बढ़ते प्रमाण को जोड़ता है कि अधिकांश कैंसर एक उचित माइटोकॉन्ड्रियल श्वसन को बनाए रखते हुए वारबर्ग प्रभाव प्रदर्शित करते हैं। डांग एट अल। 2008 में इस बात के प्रमाण दिए गए कि वारबर्ग के प्रयोगों में उपयोग किए गए ट्यूमर ऊतक खंड ऑक्सीजन प्रसार स्थिरांक के लिए पतले होने चाहिए थे, जिसका अर्थ है कि अध्ययन किए गए ऊतक टुकड़े आंशिक रूप से हाइपोक्सिक थे और गणना की गई महत्वपूर्ण प्रसार दूरी 470 माइक्रोमीटर की थी। नतीजतन, वारबर्ग की खोज के बारे में अंतहीन बहस और चर्चा हुई और इसने दुनिया भर के वैज्ञानिकों की रुचि को बढ़ाया है, जिसने कैंसर और प्रतिरक्षा कोशिकाओं में कोशिका चयापचय और आधुनिक तकनीक के उपयोग पर ध्यान आकर्षित करने में मदद की है ताकि यह पता लगाया जा सके कि ये मार्ग क्या हैं और उन्हें कैसे संशोधित किया जाता है और साथ ही साथ संभावित चिकित्सीय लक्ष्य भी। मेटाबोलिक रिप्रोग्रामिंग कार्सिनोजेनिक कोशिकाएं ऑन्कोजेनेसिस के दौरान एक चयापचय रीवायरिंग से गुजरती हैं, और ऑन्कोमेटाबोलाइट्स एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। कैंसर में, कई पुनः क्रमादेशित चयापचय मार्ग होते हैं जो पोषक तत्वों की कमी होने पर कोशिकाओं को जीवित रहने में मदद करते हैंः एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस, ग्लाइकोलिटिक फ्लक्स में वृद्धि, जिसे वारबर्ग प्रभाव के रूप में भी जाना जाता है, ग्लाइकोलिटिक मध्यवर्ती को ट्यूमरजेनिक कोशिकाओं के चयापचय की मांगों को पूरा करने के लिए सहायक मार्गों की आपूर्ति करने की अनुमति देता है। एक अन्य अध्ययन किया गया पुनः क्रमादेशित मार्ग ऑन्कोजीन एम. वाई. सी. के कार्य का लाभ है। यह जीन एक प्रतिलेखन कारक को कूटबद्ध करता है जो माइटोकॉन्ड्रियल चयापचय के माध्यम से एनाबॉलिक विकास में शामिल कई जीनों की अभिव्यक्ति को बढ़ावा देता है। ऑन्कोमेटाबोलाइट उत्पादन चयापचय विनियमन का एक और उदाहरण है। ऑन्कोमेटाबोलाइट्स मेटाबोलाइट्स हैं जिनकी प्रचुरता कैंसर कोशिकाओं में उनके उत्पादन में शामिल विशिष्ट एंजाइमों में कार्य-हानि या कार्य-लाभ उत्परिवर्तन के माध्यम से स्पष्ट रूप से बढ़ जाती है, इन अंतर्जात मेटाबोलाइट्स का संचय ट्यूमर के विकास और मेटास्टेसिस को शुरू करता है या बनाए रखता है। कैंसर कोशिकाएँ एरोबिक ग्लाइकोलाइसिस पर निर्भर करती हैं, जो सामान्य कोशिका चयापचय में शामिल एंजाइमों में दोषों के माध्यम से पहुँचती है, यह कैंसर कोशिकाओं को अपनी ऊर्जा आवश्यकताओं को पूरा करने और अमीनो एसिड और लिपिड जैसे आवश्यक जैव अणुओं का निर्माण करने के लिए टी. सी. ए. चक्र से एसिटाइल-सी. ओ. ए. को हटाने की अनुमति देता है। ये दोष अंतर्जात चयापचय की अधिकता का कारण बनते हैं, जो अक्सर महत्वपूर्ण एपिजेनेटिक परिवर्तनों और संकेत मार्गों में शामिल होते हैं जिनका कैंसर कोशिका चयापचय पर सीधा प्रभाव पड़ता है। एपिजेनेटिक्स ओन्कोमेटाबोलाइट डिसरेगुलेशन और कैंसर की प्रगति कैंसर कोशिकाओं में एपिजेनेटिक परिवर्तनों से जुड़ी हुई है। कई तंत्रों को डी-2-हाइड्रॉक्सीग्लूटेरेट, सक्सिनेट और फ्युमरेट से α-KG-निर्भर डाइऑक्सीजिनेस के अवरोध के साथ जोड़ा गया है, यह एपिजेनेटिक परिवर्तन का कारण बनता है जो कोशिका विभेदन और घातक विशेषताओं के विकास में शामिल जीन की अभिव्यक्ति को प्रभावित करता है। टिमोथी ए. चैन के समूह ने एक ऐसे तंत्र का वर्णन किया जिसके द्वारा मस्तिष्क ट्यूमर के नमूनों में ऑन्कोमेटाबोलाइट डी-2-हाइड्रॉक्सीग्लूटेरेट के असामान्य संचय से डी. एन. ए. मिथाइलेशन में वृद्धि हुई, एक ऐसी प्रक्रिया जिसे ऑन्कोजेनेसिस में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हुए दिखाया गया है। दूसरी ओर, पैरागैंग्लियोमा कोशिकाओं में, सक्सिनेट और फ्यूमैरेट को हिस्टोन को मिथाइलेट करने के लिए पाया गया, जो पी. एन. एम. टी. और के. आर. टी. 19 जीन को प्रभावी ढंग से शांत करते हैं, जो क्रमशः न्यूरोएंडोक्राइन विभेदन और उपकला-मेसेंकाइमल संक्रमण में शामिल हैं। कैंसर का पता लगाने के लिए बायोमार्कर ऑन्कोमेटाबोलाइट्स की खोज ने कैंसर जीव विज्ञान में एक नए युग की शुरुआत की है, जिसमें रोगी की देखभाल में सुधार करने की क्षमता है। कैंसर कोशिकाओं की कमजोरियों का फायदा उठाने वाले नए चिकित्सीय और विश्वसनीय मार्करों की खोज का उपयोग इन मार्गों के ऊपर की ओर या नीचे की ओर प्रभावकों को लक्षित करने के लिए किया जा रहा है। ऑन्कोमेटाबोलाइट्स का उपयोग नैदानिक बायोमार्कर के रूप में किया जा सकता है और ट्यूमरजेनेसिस के शुरुआती चरणों में अधिक सटीक निर्णय लेने में ऑन्कोलॉजिस्ट की सहायता करने में सक्षम हो सकता है, विशेष रूप से अधिक आक्रामक ट्यूमर व्यवहार की भविष्यवाणी करने में। आइसोसिट्रेट डिहाइड्रोजनेज प्रोटॉन मैग्नेटिक रेजोनेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी (एम. आर. एस.) का उपयोग करके ग्लियोमा रोगियों में डी-2-हाइड्रॉक्सीग्लूटेरेट का पता लगाना एक गैर-आक्रामक प्रक्रिया के रूप में दिखाया गया है। आई. डी. एच. 1 या आई. डी. एच. 2 उत्परिवर्तन की उपस्थिति 100 प्रतिशत समय इस ऑन्कोमेटाबोलाइट का पता लगाने से जुड़ी थी। आईडीएच2/आर140क्यू एक विशिष्ट उत्परिवर्तन है जिसने छोटे अणु एजीआई-6780 द्वारा इसके अवरोध के बाद आशाजनक परिणाम दिखाए हैं। इसलिए, पता लगाए गए उत्परिवर्ती आई. डी. एच. एंजाइमों को रोककर डी-2-हाइड्रॉक्सीग्लूटेरेट की आपूर्ति को सीमित करना आई. डी. एच.-उत्परिवर्ती कैंसर के लिए एक अच्छा चिकित्सीय दृष्टिकोण हो सकता है। कैंसर के शुरुआती चरणों में एस. डी. एच. उत्परिवर्तन परीक्षण के लिए रोगियों को प्राथमिकता देने के लिए सक्सीनेट डिहाइड्रोजनेज आई. एच. सी. धुंधलापन एक उपयोगी नैदानिक उपकरण के रूप में दिखाया गया है। आई. एच. सी. धुंधलापन में एस. डी. एच. बी. की अनुपस्थिति एस. डी. एच. ऑन्कोजीन उत्परिवर्तन की उपस्थिति से जुड़ी होगी। एस. डी. एच. बी.-उत्परिवर्ती कोशिकाओं की प्रवास क्षमताओं को दबाने के लिए पहले से ही व्यावसायिक दवा डेसिटाबाइन (डैकोजन®) एक प्रभावी चिकित्सा हो सकती है, एफ. एच. के लिए फ्यूमरेट हाइड्रेटेज आई. एच. सी. धुंधलापन का उपयोग पेपिलरी रेनल सेल कार्सिनोमा टाइप 2 वाले रोगियों में इस प्रोटीन की कमी का पता लगाने के लिए किया जाता है। गुर्दे के कार्सिनोमा कोशिकाओं में एफ. एच. की कमी प्रो-सर्वाइवल चयापचय अनुकूलन को प्रेरित करती है जहां कई कैस्केड प्रभावित होते हैं। ग्लाइसिन-एन-मिथाइलट्रांसफेरेज के डाउनरेगुलेशन को हेपेटोसेलुलर कार्सिनोमा और अग्नाशय के कैंसर से जोड़ा गया है। इसे ऑन्कोजेनेसिस के लिए एक विश्वसनीय मार्कर के रूप में सेवा देना। जी. एन. एम. टी. में विलोपन वाले रोगियों की तुलना में, जिन रोगियों को प्रारंभिक चरण के अग्नाशय के कैंसर से कोई विलोपन नहीं था, वे औसत महीने के कुल उत्तरजीविता से दोगुने थे। अनुप्रयोग ऑन्कोमेटाबोलोमिक्स मेटाबोलोमिक्स को ऑन्कोमेटाबोलिज्म पर लागू किया जा सकता है, क्योंकि कैंसर के जीनोमिक, ट्रांसक्रिप्टोमिक और प्रोटिओमिक प्रोफाइल में परिवर्तन के परिणामस्वरूप डाउनस्ट्रीम चयापचय मार्गों में परिवर्तन हो सकते हैं। इस जानकारी के साथ हम विभिन्न रोगों के लिए जिम्मेदार मार्गों और ऑन्कोमेटाबोलाइट्स को स्पष्ट कर सकते हैं। वास्तव में, इस तकनीक के उपयोग के माध्यम से, कैंसर कोशिकाओं में ग्लूकोज चयापचय में पायरूवेट किनेज एंजाइम के अनियमित होने की खोज की गई थी। एक अन्य आम तकनीक ग्लूकोज या ग्लूटामाइन है जिसे 13 सी के साथ लेबल किया गया है ताकि यह दिखाया जा सके कि टीसीए चक्र का उपयोग बड़ी मात्रा में फैटी एसिड (फॉस्फोलिपिड्स) उत्पन्न करने और टीसीए चक्र मध्यवर्ती को फिर से भरने के लिए किया जाता है। लेकिन ऑन्कोमेटाबोलोमिक्स का उपयोग आवश्यक रूप से कैंसर कोशिकाओं पर नहीं किया जाना चाहिए, बल्कि टी. एम. ई. में उनके आसपास की कोशिकाओं पर किया जाना चाहिए। कैंसर पर लागू मेटाबोलोमिक्स में वर्तमान ऑन्कोलॉजिकल उपचारों में काफी सुधार करने की क्षमता है और इसका एक बड़ा नैदानिक मूल्य है, क्योंकि चयापचय परिवर्तन कोशिकाओं (इस प्रकार ऊतकों और अंगों) में फेनोटाइपिक परिवर्तनों का प्रीक्वल है जो इसे मुश्किल से पता लगाने वाले कैंसर का जल्दी पता लगाने के लिए उपयुक्त बनाता है। यह एक अधिक व्यक्तिगत दवा की ओर भी ले जाता है और किसी व्यक्ति के कैंसर उपचार को उनके विशिष्ट ऑन्कोमेटाबोलाइट प्रोफाइल के अनुसार अनुकूलित करता है, जो बेहतर कैंसर चिकित्सा अनुकूलन या सूचित समायोजन की अनुमति देगा। सॉफ्टवेयर और पुस्तकालय इनजेनिटी पाथवे एनालिसिस (आई. पी. ए.) इनजेनिटी पाथवे एनालिसिस (आई. पी. ए.) एक चयापचय मार्ग विश्लेषण सॉफ्टवेयर पैकेज है जो शोधकर्ताओं को डेटा विश्लेषण के लिए संभावित चयापचय मार्गों के साथ विशिष्ट चयापचय को जोड़कर जटिल जैविक प्रणालियों को मॉडल, विश्लेषण और समझने में मदद करता है। इस सॉफ्टवेयर का उपयोग शोधकर्ताओं द्वारा हाइड्रॉक्सीग्लूटेरेट जैसे ऑन्कोमेटाबोलाइट्स पर नियामक नेटवर्क को स्पष्ट करने के लिए किया गया है। मेटाबोलाइट्स मेटाबोलाइट्स मेटाबोलोमिक्स अनुसंधान के लिए एक ओपन-एक्सेस डेटाबेस है जो प्रमुख पत्रिकाओं के चयापचय प्रयोगों से सभी प्रयोगात्मक डेटा एकत्र करता है। 2012 में अपनी प्रारंभिक रिलीज के बाद से, मेटाबोलाइट्स रिपॉजिटरी में साल-दर-साल लगातार वृद्धि देखी गई है। यह एक ऐसा संसाधन है जो वैज्ञानिक समुदाय की मेटाबोलाइट डेटा तक आसान पहुंच की जरूरतों के जवाब में बढ़ा है। कैंसर अनुसंधान सदियों से चल रहा है, जो इसके कारण की उत्पत्ति को स्पष्ट करने की कोशिश कर रहा है। जैसे-जैसे कैंसर अनुसंधान समय के साथ विकसित होता है, वैज्ञानिक समुदाय कोशिका चयापचय और इन चयापचय आवश्यकताओं और परिवर्तनों को लक्षित करने के लिए अधिक ध्यान देता है जो कार्सिनोजेनेसिस के दौरान कोशिकाओं से गुजरते हैं। इस बात के बढ़ते प्रमाण हैं कि कैंसर में चयापचय निर्भरता ऊतक वातावरण से प्रभावित होती है, क्योंकि विभिन्न कैंसर परिदृश्यों में ऑन्कोमेटाबोलिज्म का अध्ययन करने के लिए विभिन्न इन विट्रो और इन विवो मॉडल के लिए टी. एम. ई. पर विचार करना महत्वपूर्ण है। स्तन के कैंसर मॉडल में बी. ई. टी. प्रोटीन के मॉड्यूलेशन पर व्यापक शोध किया गया है। ये प्रोटीन ऑन्कोमेटाबोलिज्म और कार्सिनोजेनिक कोशिकाओं में बी. आर. डी. 4 क्रियाओं को लक्षित करने और अलग करने के साथ-साथ प्रो-माइग्रेटरी संकेतों को रोकने और साइटोकिन चयापचय, विशेष रूप से आई. एल.-6 को बदलने में शामिल प्रतीत होते हैं। उसी समूह ने टी. एम. ई. में एक्सोसोम के महत्व और एडिपोसाइट्स द्वारा बहने वाले ये पुटिकाएं एक विशिष्ट आणविक माल ले जा सकते हैं जो कोशिका में चयापचय परिवर्तन का कारण बनता है, जिससे प्राप्तकर्ता स्तन कैंसर कोशिकाओं में प्रो-मेटास्टैटिक परिवर्तन होते हैं। संदर्भ विकिपीडिया छात्र कार्यक्रम ऑन्कोलॉजी चयापचय