आज प्रस्तुत किया जाने वाला शोधपत्र यह है।

MitoEVs: A new player in multiple disease pathology and treatment

Xiyue Zhou, Shuyun Liu, Yanrong Lu, Meihua Wan, Jingqiu Cheng, Jingping Liu

First published: 31 March 2023

Handle Redirect

doi.org

सबसे पहले

शब्दों की व्याख्या

MitoEVs

MitoEVs ऐसी बाह्यकोशिकीय पुटिकाएँ (EV) हैं जिनमें माइटोकॉन्ड्रियल घटक होते हैं; ये कोशिकाओं के बीच संचार को बढ़ावा देती हैं और ग्राही कोशिकाओं के चयापचय तथा समलक्षणी (फेनोटाइप) को प्रभावित कर सकती हैं। रोग की स्थिति में MitoEVs के उत्पादन में होने वाले बदलाव, रोग के बायोमार्कर और चिकित्सीय लक्ष्य के रूप में इनकी संभावित क्षमता का संकेत देते हैं।

बाह्यकोशिकीय पुटिकाएँ

बाह्यकोशिकीय पुटिकाएँ (EV) कोशिका से प्राप्त लाइपोसोम जैसी संरचनाएँ हैं, जो कोशिकाओं के बीच संचार को बढ़ावा देती हैं और जैव-सक्रिय कार्गो (जैसे न्यूक्लिक अम्ल, प्रोटीन, लिपिड आदि) को ले जाकर ग्राही कोशिकाओं के कार्य और समलक्षणी को प्रभावित करती हैं। EV का रोग निदान, चिकित्सीय लक्ष्य और औषधि वितरण जैसे चिकित्सकीय अनुप्रयोगों में संभावित मूल्य है। एक्सोसोम, EV का ही एक भाग हैं।

माइटोकॉन्ड्रिया

माइटोकॉन्ड्रिया कोशिका के भीतर विशिष्ट कार्यों के लिए जिम्मेदार संरचनाएँ हैं, जो ऊर्जा उत्पादन, चयापचय प्रक्रियाओं और कोशिका मृत्यु के नियमन जैसे कोशिकीय कार्यों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। माइटोकॉन्ड्रिया ATP उत्पादन का प्रमुख स्थल है और वायुजीवी कोशिकीय श्वसन करता है, जो ऑक्सीजन का उपयोग करके कार्बनिक अणुओं को तोड़कर ऊर्जा प्रदान करने की प्रक्रिया है। माइटोकॉन्ड्रिया का अपना विशिष्ट माइटोकॉन्ड्रियल DNA भी होता है, और इसका विकासीय उद्गम कोशिका के भीतर की अन्य संरचनाओं से भिन्न है। माइटोकॉन्ड्रिया की कार्यहीनता कई रोगों, बुढ़ापे और चयापचय संबंधी विकारों से जुड़ी है।

इस शोधपत्र को सरल रूप में समझाएँ तो।

यह शोधपत्र एक समीक्षा (Review) शोधपत्र है। यह नवीनतम जानकारियों को सरलता से सारांशित करने वाला शोधपत्र है। इस शोधपत्र को संक्षेप में बताया जाए तो, यह विभिन्न परिस्थितियों में विभिन्न कोशिकाओं पर कार्यात्मक प्रभाव डालने वाली माइटोकॉन्ड्रियल बाह्यकोशिकीय पुटिकाओं (EV) की भूमिका की व्याख्या करता है। साथ ही, नैदानिक अनुप्रयोग को ध्यान में रखते हुए, यह बायोमार्कर या उपचार के रूप में MitoEVs की संभावना का भी उल्लेख करता है।

माइटोकॉन्ड्रियल EV क्या हैं

1. माइटोकॉन्ड्रियल घटक, संवर्धित कोशिकाओं और मानव शारीरिक तरल पदार्थों से प्राप्त लगभग सभी प्रकार की बाह्यकोशिकीय पुटिकाओं (EV) में मौजूद होते हैं।
2. इन घटकों में mtDNA खंड, पूर्ण-लंबाई वाला mtDNA, माइटोकॉन्ड्रियल प्रोटीन और यहाँ तक कि सामान्य माइटोकॉन्ड्रिया भी शामिल हैं।
3. EV-माध्यमित माइटोकॉन्ड्रियल स्थानांतरण, कोशिकाओं के बीच संचार का एक महत्वपूर्ण संदेशवाहक बन सकता है और रोग की स्थिति से प्रभावित हो सकता है।
4. MitoEVs का विमोचन और इनके गुण, कई कारकों से प्रभावित हो सकते हैं, जैसे कोशिका/ऊतक के उद्गम का प्रकार, दाता कोशिका/ऊतक की स्थिति और पृथक्करण की विधि।

MitoEVs कैसे बनती और विमोचित होती हैं?

1. MitoEVs को EV और एक्सोसोम से अलग करना कठिन है।
2. MitoEVs उत्पन्न होने के बाद, अन्य एक्सोसोम के साथ संगलित होकर कोशिका के बाहर विमोचित हो सकती हैं।
3. EV-माध्यमित माइटोकॉन्ड्रियल अंतर्वस्तु का विमोचन, दाता कोशिका की समस्थिति बनाए रखने का एक साधन बन सकता है।
4. मस्तिष्क ऊतक से नई खोजी गई, माइटोकॉन्ड्रियल अंतर्वस्तु से समृद्ध EV उपप्रकार माइटोवेसिकल्स (Mitovesicles), मानक EV से बिल्कुल भिन्न गुण रखती हैं।
5. EV-माध्यमित माइटोकॉन्ड्रियल घटक वितरण की प्रक्रिया को नियमित करके, चिकित्सीय उद्देश्य से वांछित माइटोकॉन्ड्रियल घटकों को चुनिंदा रूप से EV में छाँटा जा सकता है।

MitoEVs की पहचान

1. EV के पृथक्करण के लिए अल्ट्रासेंट्रिफ्यूगेशन, ग्रेडिएंट सेंट्रिफ्यूगेशन, PEG-आधारित अवक्षेपण, आकार-अपवर्जन वर्णलेखन (साइज-एक्सक्लूज़न क्रोमैटोग्राफी) जैसी विभिन्न विधियाँ उपयोग की जा सकती हैं, परंतु कोई निर्णायक विशेषता न होने के कारण MitoEVs के लिए विशिष्ट पृथक्करण विधियाँ सीमित हैं।
2. आकृति, आकार, सतह मार्कर जैसी सामान्य EV अभिलक्षणन विधियों का पता NTA, EM, FC और इम्युनोब्लॉटिंग का उपयोग करके लगाया जा सकता है, परंतु MitoEVs का आकार और माइटोकॉन्ड्रियल अंतर्वस्तु अत्यधिक विषमांगी होती है।
3. EV द्वारा दाता कोशिका से वितरित माइटोकॉन्ड्रियल घटक, ग्राही कोशिका के माइटोकॉन्ड्रियल नेटवर्क में समाहित हो सकते हैं और चयापचय नियमन तथा प्रतिरक्षा नियमन जैसे जैविक कार्य कर सकते हैं।
4. विभिन्न प्रकार के जैविक नमूनों और बड़ी MitoEVs से MitoEVs को अलग करने की आदर्श विधियों का मूल्यांकन करने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है।

MitoEVs के जैविक प्रभाव क्या हैं?

चयापचय नियमन

माइटोकॉन्ड्रिया कोशिका की ऊर्जा और चयापचय में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, और इसमें असामान्यताएँ गंभीर परिणाम ला सकती हैं। EV-माध्यमित माइटोकॉन्ड्रियल वितरण, ग्राही कोशिका के माइटोकॉन्ड्रियल कार्य को पुनर्स्थापित करता हुआ दिखाया गया है, जैसा कि उन अध्ययनों में देखा गया जहाँ सक्रियित प्लेटलेट्स श्वसन-सक्षम माइटोकॉन्ड्रिया को मेसेनकाइमल स्टेम सेल (MSC) में प्रत्यारोपित करते हैं, और जहाँ MSC से प्राप्त EV वृक्क नलिका कोशिकाओं की mtDNA प्रति संख्या और जैव-ऊर्जा संबंधी कमी को पुनर्स्थापित करती हैं। ये निष्कर्ष संकेत देते हैं कि कार्यात्मक माइटोकॉन्ड्रिया को EV में पैकेज करके ग्राही कोशिका में स्थानांतरित करने से कोशिकीय कार्य में सुधार किया जा सकता है।

प्रतिरक्षा-नियामक कार्य

1. रोग से स्वयं की रक्षा करने में प्रतिरक्षा अनुक्रिया महत्वपूर्ण है, परंतु EV से विमोचित क्षतिग्रस्त माइटोकॉन्ड्रियल घटक, सूजन को प्रेरित कर सकते हैं और T-कोशिका के कार्य को दबा सकते हैं।
2. हालाँकि, EV-माध्यमित माइटोकॉन्ड्रियल अंतर्वेशन, प्रतिरक्षा कोशिकाओं के कार्य को बढ़ा भी सकता है और ऊतक की समस्थिति बनाए रख सकता है।
3. माइटोकॉन्ड्रियल क्षति और MitoEVs, कैंसर, यकृत रोग, संक्रामक रोग, हृदय-रक्तवाहिकीय रोग जैसे विभिन्न रोगों के रोगजनन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

रोगों पर MitoEVs का प्रभाव

कैंसर

1. विभिन्न परिस्थितियों में कैंसर कोशिकाओं के कार्य को प्रभावित करने वाले माइटोकॉन्ड्रियल घटकों के वितरण में बाह्यकोशिकीय पुटिकाओं (EV) की भूमिका होती है।
2. यह बताया गया है कि ग्लूटामीन की कमी की स्थिति में ग्राही स्तन कैंसर कोशिकाओं के आक्रमण को बढ़ावा देने के लिए स्तन कैंसर कोशिकाओं से mtDNA-समृद्ध EV स्थानांतरित होती हैं। यह मैट्रिक्स मेटैलोप्रोटीनेज (MMP) और α5β1 इंटीग्रिन की अभिव्यक्ति को बढ़ाकर हासिल किया जाता है।
3. कोशिका विभेदन के दौरान तीव्र मायलॉइड ल्यूकेमिया (AML) कोशिकाओं द्वारा MitoEVs के विमोचन की भी सूचना मिली है। इसे रोकने पर मायलॉइड विभेदन बाधित होता है। इसके अलावा, LON का अति-अभिव्यक्ति करने वाली माउस मेलानोमा कोशिकाएँ mtDNA-समृद्ध EV विमोचित करती हैं ताकि मैक्रोफेज में साइटोकाइन उत्पादन प्रेरित हो, जिससे ट्यूमर सूक्ष्म-पर्यावरण में कोशिका-विषाक्त T-कोशिका प्रतिरक्षा अनुक्रियाएँ दब जाती हैं।
4. कैंसर औषधि-प्रतिरोध में EV-माध्यमित माइटोकॉन्ड्रियल वितरण की भूमिका की भी सूचना मिली है। इंसुलिन चिकित्सा के प्रति प्रतिरोधी हो चुके मेटास्टैटिक स्तन कैंसर रोगियों में, mtDNA-समृद्ध EV परिसंचरण में पाई गईं। ये ऑक्सीडेटिव फॉस्फोरिलीकरण-निर्भर स्तन कैंसर कोशिकाओं में अंतःस्रावी चिकित्सा प्रतिरोध को प्रेरित करने वाले कैंसरजनक संकेतों के रूप में कार्य कर सकती हैं। कीमोथेरेपी-प्रतिरोधी ट्रिपल-नेगेटिव स्तन कैंसर कोशिकाओं से विमोचित EV, संवेदनशील ट्रिपल-नेगेटिव स्तन कैंसर कोशिकाओं को कार्यात्मक माइटोकॉन्ड्रिया वितरित कर सकती हैं, जिससे कीमोथेरेपी प्रतिरोध और ट्यूमरजनन बढ़ता है। इसी प्रकार, ट्यूमर-सक्रियित स्ट्रोमल कोशिकाओं से प्राप्त EV ने माइटोकॉन्ड्रिया को घातक ग्लियोमा कोशिकाओं तक वितरित किया, जिसके परिणामस्वरूप कैंसर की विकिरण चिकित्सा और कीमोथेरेपी के प्रति प्रतिरोध उत्पन्न हुआ।

संक्षेप में, EV-माध्यमित माइटोकॉन्ड्रियल वितरण कैंसर के औषधि-प्रतिरोध में योगदान कर सकता है और ट्यूमर के आक्रमण व वृद्धि को बढ़ावा दे सकता है।

यकृत रोग

EV-माध्यमित माइटोकॉन्ड्रियल वितरण, mtDNA-समृद्ध सूक्ष्मकणों के विमोचन और mtRNA स्तर में वृद्धि के माध्यम से अंतर्द्रव्यी जालिका (एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम) तनाव और सूजन को प्रेरित करके, और आगे सूजन-प्रेरक कारकों के विमोचन को प्रेरित करके, अल्कोहलजन्य यकृत रोग का एक कारण बनता है।

हृदय-रक्तवाहिकीय रोग

मोटापा हृदय-रक्तवाहिकीय रोग से प्रबल रूप से जुड़ा है, और ऊष्मीय तनाव में रहने वाली वसा कोशिकाएँ क्षतिग्रस्त माइटोकॉन्ड्रियल घटकों को ले जाने वाली EV विमोचित करती हैं, जो हृदय पेशी ऊतक में ROS विस्फोट और माइटोकॉन्ड्रियल कार्यहीनता प्रेरित करती हैं; परंतु पाल्मिटिक अम्ल से पूर्व-उपचारित वसा कोशिकाओं से प्राप्त EV, हृदय कोशिकाओं को तीव्र ऑक्सीडेटिव तनाव से सुरक्षित रख सकती हैं।

श्वसन रोग

EV-माध्यमित माइटोकॉन्ड्रियल अंतर्वेशन, श्वसन रोगों की सूजन को नियमित कर सकता है; दमा के रोगियों में HLA-DR+ EV का स्तर अधिक होता है, और COPD के रोगियों में शरीर में परिसंचरित mtDNA का स्तर अधिक होता है। ये EV, तंबाकू के संपर्क और COPD के रोगजनन को संवेदित करने वाले अणु बन सकती हैं।

नैदानिक अनुप्रयोग की ओर

माइटोकॉन्ड्रियल क्षति से विमोचित MitoEVs, रोग के बायोमार्कर के रूप में कार्य कर सकती हैं, और इसके अलावा, लक्ष्य कोशिकाओं की चयापचय स्थिति को प्रभावित करने के कारण, कई रोगों की चिकित्सीय औषधि बन सकती हैं।

बायोमार्कर

दाता कोशिकाओं से विमोचित MitoEVs, विभिन्न रोग-संबंधी स्थितियों को प्रतिबिंबित करके, रोग के निदान या निगरानी के लिए संभावित बायोमार्कर के रूप में उपयोगी हो सकती हैं।

कैंसर

1. कैंसर का प्रारंभिक निदान कठिन है, परंतु बाह्यकोशिकीय पुटिकाओं (EV) में बायोमार्कर के रूप में संभावना निहित है।
2. चूँकि माइटोकॉन्ड्रियल EV (MitoEVs) में मातृ कोशिका की स्थिति को प्रतिबिंबित करने वाली जानकारी निहित होती है, इसलिए ये कैंसर की प्रगति और उपचार-अनुक्रिया की निगरानी में उपयोगी हो सकती हैं।

वृद्धावस्था-संबंधी रोग

1. वृद्धावस्था-संबंधी रोग ऑक्सीडेटिव तनाव और माइटोकॉन्ड्रियल क्षति से जुड़े हैं, और इनके निदान के लिए गैर-आक्रामक बायोमार्कर की आवश्यकता होती है।
2. ATP5A और NDUFS3 जैसे परिसंचरित माइटोकॉन्ड्रियल मार्कर, वृद्ध वयस्कों में तंत्रिका विकार और दुर्बलता के पूर्वानुमानक के रूप में उपयोगी हो सकते हैं।

चिकित्सीय रणनीतियाँ

हृदय-रक्तवाहिकीय रोग

MitoEVs, संभवतः PGC-1α की अभिव्यक्ति के द्वारा, क्षतिग्रस्त हृदय पेशी कोशिकाओं के माइटोकॉन्ड्रियल कार्य और कोशिका जीवनक्षमता को बढ़ा सकती हैं तथा हृदयपेशी रोधगलन (मायोकार्डियल इन्फार्क्शन) के बाद हृदय कार्य में सुधार कर सकती हैं, इसलिए ये हृदय-रक्तवाहिकीय रोग के उपचार में एक नवाचारी कोशिका-रहित चिकित्सीय रणनीति बन सकती हैं।

तंत्रिका रोग

1. तंत्रिका रोग मस्तिष्क और न्यूरॉन्स को प्रभावित करते हैं, और माइटोकॉन्ड्रियल क्षति इनके आरंभ का एक महत्वपूर्ण कारक है।
2. तंत्रिका स्टेम सेल और अन्य प्रकार की कोशिकाओं से प्राप्त माइटोकॉन्ड्रिया से समृद्ध बाह्यकोशिकीय पुटिकाएँ (EV), माइटोकॉन्ड्रिया के कार्य को पुनर्स्थापित करके और सूजन को कम करके, तंत्रिका रोगों की चिकित्सीय औषधि के रूप में आशाजनक हैं।

विचार

MitoEVs अत्यंत आकर्षक हैं। हालाँकि, जैसा कि इस शोधपत्र में बताया गया है, सामान्य EV (एक्सोसोम) में से केवल माइटोकॉन्ड्रिया से प्राप्त पुटिकाओं को अलग करना तकनीकी रूप से काफी कठिन है। कम से कम वर्तमान समय की बात तो यही है। पृथक्करण की प्रक्रिया में बहुत-सी EV नष्ट हो जाती हैं, इसलिए बहुत-सी EV खोने की संभावना अधिक रहती है। अतः निदान और बायोमार्कर के उद्देश्य से, शोर (नॉइज़) कम करने और डेटा की पुनरुत्पादकता बढ़ाने के लिए, केवल माइटोकॉन्ड्रिया से प्राप्त EV को निकालकर जाँच करना मेरे विचार से उचित है। परंतु चिकित्सीय उद्देश्य से उपयोग के लिए, मेरे विचार से इसकी लागत-प्रभावशीलता पर विचार करना आवश्यक है। मैं चाहूँगा कि किसी नवाचारी तकनीकी क्रांति के माध्यम से, शुद्धीकृत एक्सोसोम को बड़ी मात्रा में निकालना संभव हो सके।