जीन नियमन

वही DNA — अलग संगीत

एक ऐसे ऑर्केस्ट्रा की कल्पना करें जिसके पास वही स्वरलिपि है। हज़ार संगीतकार, सबके पास वही स्वर-लिपि — फिर भी हर संगीत-कार्यक्रम अलग सुनाई देता है, क्योंकि संचालक (कंडक्टर) कुछ हिस्सों पर ज़ोर देता है, कुछ को धीमा करता है, और कुछ को पूरी तरह छोड़ देता है। मानव शरीर में भी ठीक यही होता है: सभी 37 ट्रिलियन कोशिकाएं वही संपूर्ण DNA रखती हैं। लेकिन कौन-से जीन पढ़े जाते हैं — यह कोशिका खुद तय करती है, अपने प्रकार, स्थिति और विकास-चरण के अनुसार।

यह पठन अनुलेखन (ट्रांसक्रिप्शन) से शुरू होता है: एंजाइम RNA-पॉलीमरेज़ DNA से जुड़ता है और जीन की एक पूरक प्रति mRNA के रूप में संश्लेषित करता है — एक संदेशवाहक अणु, जो कोशिका केंद्रक की सीमा पार करता है और कोशिकाद्रव्य में प्रोटीन-निर्माण की नीली-मुद्रिका (ब्लूप्रिंट) का काम करता है। लेकिन RNA-पॉलीमरेज़ स्वतंत्र रूप से काम नहीं करता। इसे अनुमति चाहिए: ऐसे प्रोटीन जो विशिष्ट DNA-खंडों से जुड़ते हैं और शुरुआत की अनुमति देते हैं या उसे रोकते हैं। यही स्वीकृतियां और रोक ही जीन नियमन का मूल हैं।

प्रमोटर, एन्हांसर और मास्टर-नियामक

हर जीन के ठीक पहले एक प्रमोटर बैठा होता है — एक छोटा DNA अनुक्रम, जो RNA-पॉलीमरेज़ और उसके सहायक प्रोटीनों के लिए डॉकिंग-स्थल का काम करता है। जीन का अनुलेखन तभी हो सकता है जब प्रमोटर सही ढंग से भरा हो। जो प्रोटीन इससे या पड़ोसी अनुक्रमों से जुड़कर अनुलेखन को सक्रिय या बाधित करते हैं, उन्हें ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर कहा जाता है।

जीन से बहुत दूर, कभी-कभी हज़ारों बेस-जोड़े आगे या पीछे, एन्हांसर स्थित होते हैं: ऐसे नियामक अनुक्रम, जो प्रमोटर पर सीधे न बैठे होने के बावजूद अनुलेखन को बढ़ाते हैं। यह इसलिए संभव है क्योंकि DNA त्रि-आयामी रूप से मुड़ता है — एन्हांसर और प्रमोटर एक DNA लूप के ज़रिए भौतिक रूप से संपर्क में आ सकते हैं, भले ही वे रैखिक स्ट्रैंड पर एक-दूसरे से बहुत दूर हों। इनके विरोधी, तथाकथित साइलेंसर, इसी तरह गतिविधि को दबाते हैं।

विशेष रूप से आकर्षक हैं मास्टर-नियामक: ऐसे ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर, जिनका अकेला सक्रिय होना ही पूरे विकास-कार्यक्रम को शुरू कर देता है। MyoD फैक्टर अकेला ही एक त्वचा कोशिका को मांसपेशी कोशिका में बदलने के लिए पर्याप्त है। PAX6 मक्खी से लेकर मनुष्य तक आंख के विकास को नियंत्रित करता है — वही प्रोटीन परिवार, वही कार्य, 600 मिलियन वर्षों के विकासीय अंतर के बावजूद।

पैकेजिंग एक सूचना-स्तर के रूप में

कोशिका केंद्रक में DNA स्वतंत्र रूप से तैरता नहीं रहता — यह प्रोटीन-समूहों के चारों ओर कसकर लिपटा होता है, जिन्हें हिस्टोन कहा जाता है। हर आठ हिस्टोन मिलकर एक पैकेट बनाते हैं, जिसके चारों ओर लगभग 147 बेस-जोड़े DNA लिपटा होता है। इस इकाई को न्यूक्लियोसोम कहा जाता है। एक के बाद एक कई न्यूक्लियोसोम मिलकर क्रोमैटिन तंतु बनाते हैं, जो आगे और बड़े लूपों तथा क्षेत्रों में संगठित होता है।

पैकेजिंग की स्थिति सीधे तय करती है कि कोई जीन पढ़ा जा सकता है या नहीं। ढीला पैक किया गया क्रोमैटिन — यूक्रोमैटिन — सुलभ होता है, इसमें मौजूद जीन का अनुलेखन हो सकता है। घना संघनित हेटरोक्रोमैटिन लगभग अपठनीय होता है; इसमें मौजूद जीन स्थायी रूप से खामोश रहते हैं। और यह संघनन नियंत्रित किया जा सकता है: एंजाइम हिस्टोन की उभरी हुई पूंछों को रासायनिक रूप से संशोधित कर सकते हैं। एसिटिलेशन पैकेजिंग को ढीला करता है और अनुलेखन को बढ़ावा देता है। अलग-अलग मिथाइलेशन पैटर्न, स्थिति और मात्रा के अनुसार, इसे खोल भी सकते हैं और बंद भी कर सकते हैं।

इसका मतलब है: जीन नियमन केवल DNA अनुक्रम में ही नहीं, बल्कि त्रि-आयामी पैकेजिंग संरचना में भी होता है। और यह संरचना संकेतों, विकास-चरणों और बाहरी प्रभावों पर प्रतिक्रिया करती है — यह एपिजेनेटिक्स की दहलीज़ है, इस सवाल की दहलीज़ कि अनुभव आनुवंशिक सामग्री में निशान कैसे छोड़ सकते हैं।

कैंसर एक नियमन-समस्या के रूप में

कोई भी जीन सीधे कैंसर "पैदा" नहीं करता। जो होता है वह एक अनियमन (डिसरेगुलेशन) है: एक नियंत्रण-चक्र जो कोशिका-वृद्धि को सीमा में रखता है, टूट जाता है। ऑन्कोजीन ऐसे जीन हैं जो वृद्धि और कोशिका-विभाजन को बढ़ावा देते हैं — यदि ये स्थायी रूप से सक्रिय रह जाएं, क्योंकि कोई अवरोधक ट्रांसक्रिप्शन फैक्टर गायब है या कोई एन्हांसर उत्परिवर्तित हो गया है, तो कोशिका बेकाबू होकर बढ़ने लगती है। p53 जैसे ट्यूमर सप्रेसर जीन ब्रेक की तरह काम करते हैं — ये DNA क्षति को पहचानते हैं और मरम्मत या कोशिका-मृत्यु की प्रक्रिया शुरू करते हैं। जब इन्हें खामोश कर दिया जाता है, तो कोशिका अपने सुरक्षा तंत्र खो देती है।

उल्लेखनीय बात यह है: DNA का एक भी अक्षर बदलने की ज़रूरत नहीं है। किसी ट्यूमर सप्रेसर जीन के प्रमोटर का ग़लत मिथाइलेशन ही उसे स्थायी रूप से निष्क्रिय करने के लिए पर्याप्त है — बिना किसी उत्परिवर्तन के, केवल बदले हुए जीन नियमन से। यह यह भी बताता है कि उम्र बढ़ने के साथ कैंसर अधिक क्यों होता है: एपिजेनेटिक पैटर्न दशकों में धीरे-धीरे बदलते जाते हैं। छोटी-छोटी गड़बड़ियां जमा होती जाती हैं, नियंत्रक जीन निष्क्रिय अवस्था में चले जाते हैं। अनुक्रम वही रहता है। पठन-निर्देश बदल जाता है।