कोशिका विभेदन और वंश निर्धारण

कोशिका विभेदन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक कम विशिष्ट कोशिका एक विशेष कोशिका प्रकार की संरचना और कार्य प्राप्त करती है, और वंश निर्धारण कोशिकाओं का विशेष विकासात्मक नियति के प्रति प्रगतिशील प्रतिबद्धता है। एक बहुशक्तिशाली अवस्था से शुरू होकर, भ्रूण कोशिकाएं कदम दर कदम प्रतिबंधित होती जाती हैं, पहले व्यापक वंशों तक और फिर विशिष्ट कोशिका प्रकारों तक, क्योंकि जीन-नियामक कार्यक्रम पहचान को स्थिर करते हैं। क्षमता का यह प्रगतिशील संकुचन, संकेतों और प्रतिलेखन कारकों द्वारा संचालित, एक एकल निषेचित अंडे से शरीर के कई विशिष्ट कोशिका प्रकारों को उत्पन्न करता है।

Definition

कोशिका विभेदन वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक कोशिका एक परिभाषित कोशिका प्रकार की विशिष्ट विशेषताओं को प्राप्त करती है, जिसके साथ जीन अभिव्यक्ति का एक विशिष्ट पैटर्न होता है। वंश निर्धारण एक कोशिका की विकासात्मक क्षमता का प्रगतिशील प्रतिबंध है क्योंकि यह एक विशेष नियति के लिए प्रतिबद्ध होती है, अंततः एक विशिष्ट विभेदित कोशिका प्रकार के लिए।

Scope

यह प्रविष्टि क्षमता और प्रतिबद्धता की अवधारणाओं को शामिल करती है, कि कैसे संकेत और जीन-नियामक नेटवर्क कोशिका नियति को निर्दिष्ट और स्थिर करते हैं, और यह प्रदर्शन कि विभेदित अवस्थाओं को पुन: प्रोग्राम किया जा सकता है। यह विभेदन और वंश निर्धारण को आणविक और कोशिकीय विषयों के रूप में मानता है और यह संदर्भ और शैक्षिक है, नैदानिक मार्गदर्शन नहीं।

Core questions

• निर्धारण, प्रतिबद्धता और टर्मिनल विभेदन में क्या अंतर है?
• संकेत और प्रतिलेखन कारक एक कोशिका की नियति को कैसे स्थापित और स्थिर करते हैं?
• विकासात्मक क्षमता उत्तरोत्तर प्रतिबंधित क्यों होती जाती है?
• क्या एक विभेदित कोशिका की पहचान को उलटा या बदला जा सकता है?

Key concepts

• क्षमता: पूर्णक्षमता, बहुक्षमता, बहुविभवन क्षमता
• निर्धारण बनाम प्रतिबद्धता (संकल्प)
• टर्मिनल विभेदन
• वंश-निर्धारक प्रतिलेखन कारक
• प्रेरण और सक्षमता
• जीन नियामक नेटवर्क
• कोशिकीय पुन: प्रोग्रामिंग और प्लास्टिसिटी

Key theories

जीन नियामक नेटवर्क नियति को निर्दिष्ट करते हैं

कोशिका नियति पदानुक्रमित जीन नियामक नेटवर्कों द्वारा नियंत्रित होती है जिसमें प्रतिलेखन कारकों के संयोजन, जो सिग्नलिंग इनपुट और कोशिका इतिहास द्वारा निर्धारित होते हैं, प्रत्येक वंश को परिभाषित करने वाली जीन बैटरियों को सक्रिय करते हैं और विभेदित अवस्थाओं को स्थिर करते हैं।

विभेदन पुन: प्रोग्राम करने योग्य है

प्रतिलेखन कारकों के एक छोटे समूह को पेश करके बहुशक्तिशाली स्टेम कोशिकाओं का प्रेरण यह दर्शाता है कि विभेदित अवस्था अपरिवर्तनीय नहीं है बल्कि एक अंतर्निहित नियामक नेटवर्क द्वारा बनाए रखी जाती है जिसे रीसेट किया जा सकता है, जो कोशिका पहचान की प्लास्टिसिटी को प्रदर्शित करता है।

Mechanisms

विभेदन तब आगे बढ़ता है जब कोशिकाएं व्यापक से प्रतिबंधित क्षमता की ओर बढ़ती हैं। प्रारंभिक भ्रूण कोशिकाएं बहुशक्तिशाली होती हैं और कई कोशिका प्रकार बनाने में सक्षम होती हैं; पड़ोसी कोशिकाओं और ऊतकों से प्राप्त संकेत, प्रत्येक कोशिका के इतिहास के साथ एकीकृत होकर, प्रतिलेखन कारकों के संयोजनों को सक्रिय करते हैं जो एक नियति को निर्दिष्ट करते हैं। पहले एक कोशिका निर्दिष्ट होती है — यदि उसे अबाधित छोड़ दिया जाए तो वह एक नियति का पालन करेगी लेकिन फिर भी उसे पुनर्निर्देशित किया जा सकता है — और बाद में वह निर्धारित या प्रतिबद्ध हो जाती है, इसलिए उसकी नियति एक नए वातावरण में भी निश्चित हो जाती है। वंश-निर्धारक प्रतिलेखन कारक एक कोशिका प्रकार की विशिष्ट जीन बैटरियों को चालू करते हैं और, अक्सर प्रतिक्रिया और क्रोमेटिन परिवर्तनों के माध्यम से, उस पहचान को स्थिर करते हैं, जबकि वैकल्पिक कार्यक्रमों को दबाते हैं। इन जीन नियामक नेटवर्कों का समन्वित उत्पादन टर्मिनल कोशिका प्रकारों की विशिष्ट संरचना और कार्य को उत्पन्न करता है। यह कि विभेदित कोशिकाओं को परिभाषित प्रतिलेखन कारकों की आपूर्ति करके प्रयोगात्मक रूप से बहुशक्तिशालीता के लिए पुन: प्रोग्राम किया जा सकता है, यह दर्शाता है कि अवस्था सक्रिय रूप से बनाए रखी जाती है न कि स्थायी रूप से खो जाती है, जो कोशिका पहचान में नियामक नेटवर्कों की केंद्रीय भूमिका को रेखांकित करता है।

Clinical relevance

कोशिकाएं अपनी पहचान कैसे बनाती और बनाए रखती हैं, इसकी समझ पुनर्योजी चिकित्सा और स्टेम-सेल जीव विज्ञान का आधार है और उन विकारों की व्याख्या को सूचित करती है जिनमें विभेदन बाधित होता है। यह प्रविष्टि संदर्भ और शिक्षा के लिए तंत्रों का वर्णन करती है और निदान या उपचार का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

साक्ष्य विकासात्मक और स्टेम-सेल जीव विज्ञान से आते हैं — भ्रूण संबंधी नियति मानचित्रण, वंश-निर्धारक कारकों का आनुवंशिक और आणविक विश्लेषण, और पुन: प्रोग्रामिंग प्रयोग — जो नैदानिक दिशानिर्देशों के बजाय समीक्षा साहित्य और पाठ्यपुस्तकों में संश्लेषित किए गए हैं।

History

शास्त्रीय भ्रूणविज्ञान ने उन कोशिकाओं को अलग किया जो केवल निर्दिष्ट थीं उनसे जो अपरिवर्तनीय रूप से प्रतिबद्ध थीं, और एक विकासात्मक परिदृश्य के विचार ने नियति के प्रगतिशील संकुचन को दर्शाया। परमाणु स्थानांतरण प्रयोगों ने बाद में दिखाया कि विभेदित कोशिकाएं एक पूर्ण जीनोम को बनाए रखती हैं, और आणविक युग ने प्रतिलेखन कारकों और जीन नियामक नेटवर्कों को परिभाषित किया जो वंशों को निर्दिष्ट करते हैं। 2006 में यह प्रदर्शन कि कुछ कारक विभेदित कोशिकाओं को बहुशक्तिशालीता के लिए पुन: प्रोग्राम कर सकते हैं, ने कोशिका पहचान को एक बनाए रखी गई, प्रतिवर्ती अवस्था के रूप में फिर से परिभाषित किया।

Key figures

• Eric Davidson
• Shinya Yamanaka
• Conrad Waddington
• John Gurdon
• Norbert Perrimon

Seminal works

• davidson-2006
• takahashi-yamanaka-2006
• perrimon-2012

Frequently asked questions

निर्धारण और प्रतिबद्धता में क्या अंतर है?

एक निर्दिष्ट कोशिका यदि तटस्थ वातावरण में छोड़ दी जाए तो एक नियति को अपनाएगी लेकिन फिर भी नए संकेतों द्वारा पुनर्निर्देशित की जा सकती है, जबकि एक निर्धारित (प्रतिबद्ध) कोशिका अपनी नियति को बनाए रखेगी, भले ही उसे एक अलग वातावरण में ले जाया जाए।

यदि प्रत्येक कोशिका में समान डीएनए होता है, तो कोशिकाएं भिन्न क्यों होती हैं?

विभेदित कोशिकाएं समान जीनोम साझा करती हैं लेकिन जीन के विभिन्न उपसमूहों को व्यक्त करती हैं; विकास के दौरान चुने गए प्रतिलेखन कारकों और क्रोमेटिन अवस्थाओं के संयोजन यह निर्धारित करते हैं कि कौन से जीन सक्रिय हैं, जिससे प्रत्येक कोशिका प्रकार को उसकी पहचान मिलती है।